温度生物学トピックス
褐色脂肪細胞の熱産生を単一細胞レベルで可視化する技術の開発
文献紹介者；岡山大学医学部 細胞生理学 教授 神谷厚範
恒温動物は、熱産生のための代謝過程を幾重に進化させており、寒冷環境においてさえ体温を維持することが出来ます。たとえば、骨格筋は、shivering（不随意性の筋の振動）や、sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA)性ATP加水分解の脱共役によって、熱を産生します。これらの機構はかなりの熱量を産生しますが、特殊な環境下（たとえば、新生児や、持続的な寒冷環境への暴露など）においては体温を維持するのに不十分です。このため、褐色脂肪組織による熱産生機構が発達してきました。この褐色脂肪組織による熱産生では、ミトコンドリア内膜に局在するuncoupling protein 1 (UCP1)が重要な役割を果たしています。UCP1は、酸化的リン酸化とATP産生を呼吸から切り離し、熱産生を増加させます。最近になり、褐色脂肪組織は、新生児（仔）や幼児（幼体）（だけでなく、成人（成体）にも存在し、高い代謝活性があることが報告されました。このため、成人における褐色脂肪組織は、肥満や糖尿病において治療対象になり得るという考えが、注目を集めています。ところが、褐色脂肪組織の熱産生には不明な点が多く残されており、特に、その単一細胞レベルの熱産生については、計測技術の未発達のために、理解が遅滞しています。もし、褐色脂肪組織の熱産生を、単一細胞レベルで計測する技術が開発されれば、褐色脂肪組織に関する理解が深まる可能性があります。そこで本研究では、小分子型の温度感受性蛍光色素ERthermACを、はじめて褐色脂肪細胞に適用し、その熱産生を計測しました。褐色脂肪細胞として、げっ歯類の褐色脂肪前駆細胞由来のものと、ヒト頚部褐色脂肪前駆細胞から分化誘導したヒトの褐色脂肪細胞を用いました。温度感受性蛍光色素ERthermACは、褐色脂肪組細胞の小胞体に蓄積しました。ERthermACは、カテコラミン刺激に対して大きな蛍光強度の変化を示し、この際、細胞温度の変化を伴いました。ERthermACの蛍光強度は、JC-1プローブで検出したミトコンドリア脱分極現象の際に、矛盾のない変化を示しました。さらに、細胞集団としてのERthermACの平均蛍光強度変化は、熱出力、酸素消費量、細胞外酸性化速度などの動的変化とよく相関しました。これらの結果より、温度感受性蛍光色素ERthermACは、げっ歯類とヒトの両種において、褐色脂肪熱産生機能を研究するための有用な手段であると考えらました。また、本研究では、論文本文中にはあまり記述がありませんが、培養褐色脂肪細胞の個々の温度に大きな差異があると共に、細胞温度変化にも大きなばらつきがあることが、図中に示されています。これは、温度生物学における細胞温度動態を考える上で、興味深い結果だと思われます。
紹介論文：
Kriszt R. et al.
Optical visualisation of thermogenesis in stimulated single cell brown adipocytes.
Sci Rep. 2017 May 3;7(1):1383. doi: 10.1038/s41598-017-00291-9.
