無蛍光性の新規SHGイメージング用色素 Ap3, SHG Imaging Dye

慶應義塾大学　医学部薬理学教室　塗谷 睦生 先生

細胞膜は細胞の内外を隔て、その近傍で起こる電気・化学情報伝達の場となることで細胞間・細胞内情報伝達に非常に重要な役割を果たす。しかし、その繊細さや構造の複雑さなどから、生理学的な解析が困難であった。ここで、細胞膜に親和性の高い色素は細胞膜において強いSHGシグナルを発し、これが膜電位に応じて変化することから、SHGイメージングは細胞膜のラベリングとその電位変化の解析などに非常に有効であると考えられる。

Ap3は、新たにSHGイメージングのために開発・合成された無蛍光性SHG専用色素であり、これを用いることにより他の蛍光色素の同時観察も可能となった。これを利用し、神経活動に応じた膜電位の変化をAp3のSHGにより観測し、同時に膜近傍でのカルシウム濃度変化をカルシウム感受性色素の蛍光イメージングにより観測することも可能となった。Ap3を用いたイメージングは、光照射に応じて通常起こるシグナルの減弱や細胞への毒性が非常に低いことも明らかとなっている。よって、Ap3を用いることで細胞膜を可視化し膜電位変化を捉え、同時に蛍光タンパク質の挙動やレポーター蛍光色素のシグナル変化を長期にわたってイメージングすることが可能になると考えられる。これにより、脳細胞のみならず筋細胞を含む他の興奮性細胞の生理学解析、或いは種々の系を用いたイオンチャネルの機能解析などの発展が期待される。

また、SHGイメージングは上記以外にも細胞膜のダメージや脂質組成、更には核酸やタンパク質といった生体分子の構造変化など、幅広い生命現象を高感度で検出できることも知られている。SHGイメージングはこのような特殊な能力を持ちながら通常の多光子顕微鏡システムを利用することで容易に遂行可能なものであり、専用色素により応用性が広がることで、SHGイメージングがライフサイエンス分野の研究の新たなツールとして更に展開して行くものと期待される。