2021.01.18
細胞の運動を「10秒見るだけ」で細胞質ATP濃度がわかる
繊毛運動を利用した細胞質ATP濃度推定法の開発
東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系の髙野和歌子大学院生と同科学技術創成研究院 化学生命科学研究所の若林憲一准教授らは、細胞内のATP（アデノシン3リン酸、生体内のさまざまな反応のエネルギー源となる化学物質）の濃度を非侵襲的かつ短時間で簡便に推定する手法を、繊毛運動を利用して開発した。
ATP濃度は細胞の代謝状態を反映するため、細胞内のATP濃度測定は基礎生物学的にも医学的にも重要課題であり、これまでにさまざまな測定手法が確立されてきた。今回、研究グループは非侵襲的な細胞内ATP濃度測定を目指し、ある種の真核生物の細胞から生えた毛のような「動く細胞小器官」である繊毛の運動に着目した。繊毛の内部構造「軸糸」は細胞骨格である微小管から成る。微小管上に並んだモータータンパク質ダイニンが隣接する微小管に対してATPの加水分解エネルギーを使って構造変化することで滑り運動が起こり、繊毛は波打ち運動を行う。繊毛は精子や微生物では細胞の運動装置として、また多細胞生物の表面では細胞外液の起流装置として機能し、重要なはたらきをする。また、繊毛の運動頻度（毎秒）はATP濃度依存的であり、繊毛を界面活性剤で除膜してATPを添加すると、露出した軸糸が運動し、その運動頻度はほぼミカエリス・メンテン式に従ってATPの濃度に依存して上昇する。
本研究は繊毛研究モデル生物の緑藻クラミドモナスを材料に、軸糸を運動させる方法を最適化することで、軸糸の運動頻度とATP濃度の関係式を導出した。次に生きている細胞の繊毛運動頻度を計測し、この式に代入して迅速・簡便・非侵襲的に細胞質内ATP濃度を推定することに成功した。この方法は繊毛を持っているさまざまな生物や器官の細胞内ATP濃度の非侵襲的な推定に貢献するものと期待される。
研究成果は12月3日付け「Journal of Biological Chemistry（ジャーナル・オブ・バイオロジカル・ケミストリー）」電子版に掲載された。
