広報活動

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2017年7月28日

理化学研究所

細胞を高度に見分ける新合成技術

-細胞表面上の有機反応で高選択的な細胞認識を実現-

医療診断分野において、生体内に多数存在する細胞群から、特定のがん細胞や疾患細胞だけを高度に見分ける新しい分子認識システムの開発が求められています。受容体に相互作用する物質をリガンド(分子)と呼びます。従来は、見分けようとする標的細胞表面に発現する1種類の受容体に「強く」相互作用する、抗体やペプチドなどのリガンドが使われてきました。しかし、これらのリガンドだと、標的細胞以外のあらゆる細胞や器官にも吸着してしまいます。共同研究グループは、この難点を解決する手法の開発を目指しました。

例えば、「強く」相互作用するリガンドで、同じ種類の受容体を持つ細胞A、Bから細胞Aだけを選択的に認識しようとしても、リガンドがA、B両方の受容体を認識してしまうため、区別することはできません(図a)。また、「弱く」相互作用するリガンドを使った場合は、受容体に相互作用してもすぐに離れてしまうため、感度良く検出することはできません(図b)。そこで、共同研究グループは標的細胞表面に存在する2種類の受容体に対して、「強く」そして「弱く」相互作用する複数のリガンドを組み合わせ、それらを細胞表面上で直接有機反応により結合させることで細胞認識の選択性を高めることを考えました。

具体的にはまず、ある反応性官能基を持ち、「強く」相互作用するペプチドリガンドを細胞表面上の受容体に一時的に相互作用させます。次に、「弱く」相互作用する糖鎖リガンドを別の受容体と二次的に相互作用させます。この糖鎖リガンドは、一次的に相互作用させた反応性官能基と選択的に結合する反応官能基と標識基の2つを併せ持っています。二次的相互作用の際、ペプチドリガンドと糖鎖リガンドが、それぞれ相互作用する細胞Aのみで両リガンドの「反応性官能基同士の有機反応による結合」が起こります。すると、糖鎖リガンドの標識基を細胞A表面に固定化でき、細胞Aを蛍光シグナルで検出することができます。一方、糖鎖リガンドが相互作用する受容体を持たない細胞Bでは、糖鎖リガンドは速やかに洗い流されるため標識基は残らず、蛍光シグナルでも検出できません。こうして、選択的に標的細胞見分けることができました(図c)。

この新手法によって、これまで困難だった複雑な細胞表面を効率的に理解できる分子認識システムの開発が進むと思われます。また、生体内でも同様の方法を展開してPETやMRIを代表とする分子イメージングを用いた診断に貢献できると期待できます。

標的細胞を見分ける方法:従来法(a、b)および新手法(c)の図

標的細胞を見分ける方法:従来法(a、b)および新手法(c)

理化学研究所
主任研究員研究室 田中生体機能合成化学研究室
主任研究員 田中 克典 (たなか かつのり)