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コーネルの科学者は天然細胞タンパク質を使用して分子挙動を追跡する

Cornellの研究者は、細胞内のコンポーネントを組み込みセンサーとして使用して、生細胞内で何をしているかを見るための新しい、潜在的により正確な方法を見つけました。 このアプローチは、科学者が、分子がウイルスを含む細胞内部の内部をどのように関連付けるか、および癌や神経変性などの疾患においてタンパク質がどのように誤って折れるかを研究するのに役立ちます。 研究者は、細胞の正常な生物学やゆがんだ研究結果を妨げる可能性のある伝統的な侵襲的技術なしに、細胞によって生成された小さなセンサーとして生成された天然タンパク質を小さなセンサーとして使用するための環境と相互作用を報告する新しい方法を発見しました。この研究は、7月1日、Nature Communicationsで公開されました。 この方法は、がんや感染中に疾患状態に関与する可能性のあるものなど、新しい生物学的メカニズムを理解するのに主に役立ちます。たとえば、この方法を使用してウイルスのアセンブリを追跡して、セル内でその成分がどのように、どこで構築されているかを理解することができます。」 ブライアン・クレーン、ジョージ・W、グレース・L・トッド教授芸術科学大学の化学化学生物学部の教授、出版物の対応する著者 Weill Institute for Cell and Molecular Biologyを指揮するクレーンと、彼の同僚は、細胞内の磁気ラベルのように作用できるフラビン、小型のビタミンB2由来分子に焦点を当てました。この磁気特性により、MRIマシンのような電子スピン共鳴（ESR）分光法と呼ばれる技術によって検出可能になりますが、非常に小さな変化とナノスケール距離を測定します。フラビンを運ぶフラボタンパク質と呼ばれるタンパク質の挙動を追跡することにより、研究者は他の分子がどのように生細胞を組織して移動するかを検出できます。 フラボタンパク質は多くの生物系に存在するため、研究者はそれらを組み込みセンサーとして使用する方法を見ました。フラビンの磁気特性を光で引き起こすことにより、ESRを使用して、合成化学物質なしで細胞内でタンパク質構造を直接研究できます。 「私たちは特定のフラボタンパク質の特性を研究していましたが、磁気スピンステートは細胞で予想されるよりも安定していることを発見しました」と、Weill Instituteのクレーン研究所の研究員であり、研究の主任著者であるTimothéeChauviréは述べました。 「そして、以前の光感受性タンパク質に関する研究から、ESRを使用してこれらの分子を検出するために必要な信号をトリガーするために光を使用できることに気付きました。」 細胞に人工タグを強制することは細胞機能を妨げる可能性がありますが、細胞はフラビン含有プローブを自然に生成するため、「細胞をだましてそれらを作ることができれば、それははるかに良い」とクレーンは言いました。 彼らの新しい方法をテストするために、研究者はAERと呼ばれる細菌タンパク質を研究しました。これは大腸菌菌の酸素感覚を助けるのに役立ちます。 AERは、膜全体に信号を送信するために、CheaとChewの2つの他のタンパク質と連携します。これらのタンパク質は以前に研究されていましたが、研究者がAER受容体が生細胞内でどのように組み立てるかを直接観察することができたのはこれが初めてでした。 「AERは、膜に高次のアセンブリ、分子の配列を形成し、シグナルを増幅するために連携することを学びました」とクレーンは言いました。 「これらのアーキテクチャは不安定であり、セルの外側に形成されません。」 ESRを使用すると、チームはAngstromレベルの精度を持つAERダイマー（2つの同一タンパク質分子の複合体）の2つのフラビン間の距離を測定し、二量体構造だけでなく、細胞内に形成される大きなアセンブリも明らかにしました。 研究者はまた、ILOVと呼ばれる小さな操作されたフラボタンパク質を開発しました。これは、他のタンパク質に遺伝的に融合してESRで見えるようにすることができます。このツールは分子タグのように機能し、科学者が生細胞内のほぼすべてのタンパク質の構造と位置を研究できるようにします。 「ESR分光法は、精製された分子または再構成されたシステムを研究するだけではありません」とクレーンは言いました。 チームは現在、この方法を他の細胞型、特に哺乳類細胞に適応させて、より複雑な環境でプロセスを追跡できるかどうかを確認しています。 この研究への貢献者には、Siddarth Chandrasekaran博士が含まれます。 '17;ロバート・ダンリービー、MS '19、博士'23;ジャック・H・フリード、化学化学生物学（A＆S）の名誉教授。 この研究は、国立科学財団、国立衛生研究所、ワイル・セル・分子生物学研究所、および高等ESR技術国立生物医学センターによって支援されました。 ソース：ジャーナルリファレンス：Chauviré、T。、 et al。 （2025）。細胞ESR分光法のネイティブおよび遺伝的にエンコードされたスピンプローブとしてのフラボタンパク質。 自然コミュニケーション。 doi.org/10.1038/S41467-025-60623-6。 #コーネルの科学者は天然細胞タンパク質を使用して分子挙動を追跡する