同研究では、生命現象に関わる重要な分子である細胞内の乳酸とピルビン酸の動態を可視化解析できる緑色蛍光タンパク質センサーの開発にそれぞれ成功した。乳酸やピルビン酸は、グルコース代謝によって生じる重要な代謝産物。解糖系でグルコースが分解されてATPとピルビン酸が生じ、ピルビン酸は好気条件でクエン酸回路に運ばれてさらなるATPが産生される。一方、嫌気条件では、乳酸発酵によってピルビン酸から乳酸が産生される。

細胞内の代謝状態をリアルタイムで解析するには、乳酸やピルビン酸などグルコース代謝関連分子の濃度変化を可視化できる蛍光タンパク質センサーが有効となる。

同研究では、緑色蛍光タンパク質を基盤とした乳酸センサーGreen Lindoblum、ピルビン酸センサーGreen Pegassosを開発。Green Lindoblumは乳酸存在下で蛍光輝度が約5.2倍に上昇し、Green Pegassosはピルビン酸存在下で蛍光輝度が約3.3倍に上昇した。

このGreen LindoblumやGreen Pegassosを細胞に発現させ、蛍光顕微鏡で観察したところ、細胞内の乳酸およびピルビン酸濃度変化を可視化することができた。また、Green Lindoblumと赤色Ca2+蛍光指示薬Rhod2、Green Pegassosと赤色cAMPセンサータンパク質Pink Flamindoの2色同時イメージングにもそれぞれ成功。さらに、ヒトiPS細胞由来心筋細胞で電子伝達系を阻害する薬剤を加えた際の細胞内乳酸およびピルビン酸動態の可視化にも成功した。

以上の結果から、Green LindoblumとGreen Pegassosは、細胞内のエネルギー代謝をリアルタイムで解析するツールとして有用であることが示された。ヒトiPS細胞由来心筋細胞など様々な細胞での乳酸やピルビン酸と他の細胞内分子とを2色の蛍光で同時に可視化する、デュアルカラーイメージングに適用できる。