細胞核は、重要な細胞内プロセスの制御センターと見なされていますが、その物質的性質は科学者たちを引き続き悩ませています。オーストリアのウィーン医科大学の科学者が率いる国際研究チームは、この制御センターの内部における機械的特性を以前には得られなかった視点から捉える新技術を開発しました。初めて、生きている細胞内で、細胞機能にとって重要と思われるその特異な動的構造特性を時間を追って視覚化することに成功しました。
この研究結果は、2024年1月18日にNature Photonicsに掲載され、生命の基本プロセスのより良い理解に貢献することができます。この論文のタイトルは「Brillouin Light Scattering Anisotropy Microscopy for Imaging the Viscoelastic Anisotropy in Living Cells（生きた細胞内の粘弾性異方性イメージングのためのブリルアン光散乱異方性顕微鏡）」です。
研究者らは長い間、細胞核の機械的特性に関心を持っていました。これらが適切に調節されなければ細胞が正常に機能しないこと、そしてこれらが様々な疾患の過程で変化することが知られています。また、細胞核が液体と固体の両方として振る舞うことができるにもかかわらず、これらの性質が細胞分裂時の核内の再編成や、核の異なる領域のプロセスを迅速かつ非常に効果的に同期させるような重要なプロセスにどのようにつながるかは不明です。
高度に動的な構造を視覚化
ウィーン医科大学の解剖学および細胞生物学センター（ウィーン医科大学のメディカルイメージングクラスターの一部）のカリーム・エルサヤード博士（Kareem Elsayad, PhD）が率いる研究チームは、これらのような疑問に近づくことができました。科学者たちは、時間を追って生きている細胞内の細胞核の複雑な機械的特性をイメージングできる技術を開発しました。
この方法は、「ブリルアン光散乱」と呼ばれるプロセスに基づいており、サンプル内で常に存在する熱振動からの光の散乱を測定します。散乱された光のスペクトルを用いて、光が散乱される方向におけるサンプルの弾性と粘性を計算することができます。この測定を同時にすべての角度から行うことで、科学者たちは細胞核の空間マップを作成し、その機械的構造が時間とともにどのように変化するかを明らかにすることができました。彼らは、それが非常に動的であるだけでなく、核内のプロセスを同期させる責任があるかもしれない特異な長距離秩序を持っていることを発見しました。
疾患の発達を理解する
「私たちが私たちの技術で視覚化できるものは魅力的で、ある意味で画期的です」と、研究リーダーのエルサヤード博士は言います。「私たちが観察する異常な特性は、細胞核が通常はただの乱雑な温かいスープのように見えるにもかかわらず、どのようにして細胞核が重要なプロセスをそんなに迅速かつ効率的に、そしてこんなにも方向性を持って同期させることができるのか、という洞察を私たちに与えてくれます。」
この結果は、核プロセスの変化に関連する病理学的異常の物理的理解にも貢献することができます。新しい技術を使用して行われる今後の研究は、これらの発見に基づいて構築されることが期待されており、例えば、細胞核の奇妙な機械的および構造的特性の基になる主要な分子プレーヤーと環境要因を明らかにするためです。
