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横浜市立大学大学院生命医科学研究科 教授、准教授、田尻道子特任助教らが、ネイティブ质量分析^＊１により、ヒト培養细胞内において形成されたタンパク质—薬物複合体を、たった1個の生きている细胞から観測することに世界で初めて成功しました。この技術は、生きた细胞内のタンパク质を直接観測し、细胞ごとにタンパク质の働きを理解するのに有用な手法として、また個々の细胞の特性を理解するための手法として、さまざまな研究への利用が期待されます。本研究は、博士前期課程に在籍していた鈴木のあさん（令和6年度修了）が中心となり、博士前期課程に在籍していた坂本和香さん（令和4年度修了）、理学部生の稲富結子さん（令和6年度卒）と今村栞子さん（4年次）とともに進められたものです。

本研究成果は、アメリカ化学会の旗艦誌「Journal of the American Chemical Society」に掲載されました（2026年2月17日）。

質量分析は試料をイオンにして質量を求める方法で、微量の試料から迅速にデータを得られます。一般に、タンパク质の質量分析で感度を上げるには、酸や有機溶媒を加えてイオン化しやすい条件を整える必要があります。しかしながら、このような条件ではタンパク质は変性してしまい、機能する状態を保持することができません。機能する姿のまま観測するには、感度をある程度犠牲にしても、中性の水溶液として試料を調製して、ありのままの状態を保って質量分析する（＝ネイティブ質量分析）方法が用いられます。ネイティブ質量分析では、细胞内のタンパク质の状態の変化を質量の変化として捉えられるため、タンパク质の機能を理解する上で非常に有用な情報が得られます。

本研究では、薬剤標的となるタンパク质を過剰発現させたヒト培養细胞（HEK293T细胞）にタンパク质の阻害剤を浸透させたのち、そのまま1つの细胞を質量分析用のガラスエミッターにサンプリングしネイティブ質量分析することに挑みました。そして、细胞内での阻害剤との複合体の形成をネイティブ質量分析で確認することを目指しました。機能しているタンパク质の質量を细胞ごとに求められれば、数多くの细胞の平均的な状態でなく、さまざまな状態の细胞を1つずつ把握でき、生命科学研究を進める上で大きく貢献します。

実験では、がんや加齢に関わる疾患への関与が知られるタンパク质ヒトSirtuin 2（SIRT2）をモデルとして用いました。このタンパク质が、生きた细胞内で阻害剤と結合していることを、1つの细胞レベルで捉えることが本研究の核心です。

解析の最大の障壁は、1つの细胞に含まれる標的タンパク质の量が極めてわずかであることでした。そこで私たちは、標的であるSIRT2を细胞内に作り出す際、緑色に光る「蛍光タンパク质（EGFP）」を同時に、かつ独立して同じ细胞内で作り出す工夫を施しました 。これにより、细胞が発する蛍光の強さを確認することで、その细胞の中にどれだけの標的タンパク质が蓄積しているかを、生きたまま外から推測することが可能になりました。

実際にサンプリングを行う際は、顕微鏡下で無数の细胞の中から、特に強い輝きを放つ「タンパク质が非常に多く作られている细胞」を厳選してピックアップしました。この「優良な细胞」を選別した結果、タンパク质信号を確実に捉えるための決定打となりました。

このようにして採取した细胞をネイティブ質量分析した結果、细胞内に存在するSIRT2タンパク质そのものだけでなく、そこに阻害剤（SirReal2）が結合して質量が変化した「タンパク质と薬の複合体」の状態を、世界で初めて、たった1つの生きた细胞から直接観測することに成功しました。これは细胞内という複雑な環境においても、本手法が薬とタンパク质の相互作用を正確に判別できることを証明しています。

この技術は、薬が目的通りに作用しているかを、1つひとつの细胞ごとに明らかにする強力な道具になります。

例えば、细胞が分裂しようとしているのか、休んでいるのかといった「状態」の違い（细胞周期）によって、薬の効き方が変わることがあります。この方法を使えば、そうした细胞ごとの個性を無視せず、詳しく調べることが可能です。さらに将来的には、细胞全体だけでなく、エネルギーを作る場所など、细胞の中にあるさらに小さなパーツに狙いを絞った解析も目指しています。これにより、薬が细胞の中の狙った場所に正しく届いているかを、细胞1つのレベルで確かめることができるようになります。このことは、细胞ごとの性質まで考えた「より精密な薬づくり」につながると期待されます。

^＊1 　ネイティブ質量分析：タンパク质などを機能に重要な構造をできるだけ保ったままイオン化しその質量を測定する分析方法。非共有結合で複数の分子が集まった複合体でも、そのままイオン化し、正確に質量を決めることができる。 

本研究は、科学研究费補助金（JP19H05774、JP21K19236、JP24K09343、JP23K05720)、中谷医工計測振興財団、公益財団法人JKAの助成を受けて実施されました。 

タイトル：Single-Cell Native Mass Spectrometry for In Situ Detection of Protein–Drug Complexes in Live Cells
著者：Noa Suzuki, Yuko Inatomi, Waka Sakamoto, Kako Imamura, Michiko Tajiri, Tsuyoshi Konuma, *Satoko Akashi（*Corresponding Author）
掲載雑誌：Journal of the American Chemical Society
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Fujii T, Matsuda S, Tejedor ML, Esaki T, Sakane I, Mizuno H, Tsuyama N, Masujima T, “Direct metabolomics for plant cells by live single-cell mass spectrometry.” Nat Protoc. (2015) 10, 1445-1456. 

横浜市立大学　広报担当
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