タンパク質ベースの蛍光センサーは、生体、組織、細胞、細胞内区画において安定して発現させることができ、特定の標的分子やその他の分析対象物の存在を報告できるため、生物学のツール群における強力な手段である。一方で、センサーの構成要素には内在性の細胞機構と意図せず相互作用する可能性が不可避的に存在し、センサーの機能と細胞の健全性の双方を損なうおそれがある。宿主構成要素との相互作用は、センサー設計の過程で容易に予測できるとは限らず、蛍光応答、ダイナミックレンジ、反応速度など、ほかの多くのセンサーパラメータを同時に最適化する場合には特に困難である。センサー発現が細胞に及ぼす影響の特性評価は、現在のところ多大な労力を要する場当たり的な作業である。センサーおよびその変異体が細胞内で発現することによる影響を評価する新たな方法は、センサー設計パイプラインを大幅に改善し、設計と試験を反復するワークフローのより早い段階で、問題となり得る発現の副作用を認識するための基盤となり得る。本研究では、広く使用されているカルシウムセンサーGCaMPに焦点を当て、ハイコンテントイメージングと生化学的解析を組み合わせた二重のアプローチにより、センサーと細胞固有の生物学的機構との相互作用を検討した。神経芽細胞腫細胞株において、センサーの高発現が細胞に及ぼす影響を示す形態学的シグネチャーを同定した。続いて、GCaMPと哺乳類細胞骨格の一構成要素との生化学的相互作用を同定し、これらの構造要素を欠くセンサー発現細胞の形態学的特徴を追跡した。本研究の知見は、センサー過剰発現に関する文脈依存的な生物学的理解に基づき、交差反応性を最小限に抑えた新たなセンサー型を設計するための出発点となる。本研究および関連するワークフローがセンサー工学のパイプラインに組み込まれるにつれ、多様なセンサー骨格において生体直交性をより体系的に評価し、優先できるようになると期待される。
https://doi.org/10.64898/2026.09.01.748672