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金沢大学ナノ生命科学研究所（WPI-NanoLSI）の新井敏教授、ブー・クアン・コン特任助教、シンガポール A*STAR の伊藤秀城上級研究員（研究当時）とレーン・エレン主席研究員（研究当時）、東京科学大学総合研究院 化学生命科学研究所の北口哲也准教授らの共同研究グループは、ATP 濃度を「蛍光寿命」（※1）という蛍光タンパク質の光学的特性に変換して測定できる、新しい蛍光センサーを開発しました。
私たちの体を構成する最小単位「細胞」では、さまざまな化学反応が起こっており、その“燃料”として働くのが、ATP（アデノシン三リン酸）です。ATP は「エネルギーの通貨」とも呼ばれ、細胞活動の根幹を支えています。そのため、細胞内のどこに、どのくらいの ATP が存在するのかを正確に測定することは、生命現象の理解に不可欠です。
これまで、細胞内の標的分子の濃度変化は、蛍光の明るさ（蛍光輝度）の変化として検出するセンサーが広く用いられてきました。しかしこの手法では、細胞の形状やセンサーの導入量、励起光の強度などの影響を強く受けるため、定量的な解析が困難という
課題がありました。本研究では、この課題を克服するため、前述の要因の影響を受けにくい「蛍光寿命」という頑強な光学パラメーターを導入しました。ATP 濃度を蛍光寿命値に変換できるセンサーを開発し、ATP 濃度と蛍光寿命値の対応関係（検量線）を用いた定量的な比較を可能にしました。これにより、細胞ごとの ATP 濃度の違いを正確に評価できるようになりました。
この手法を用いて疾患細胞を解析したところ、ミトコンドリア病（※2）患者由来の細胞では、ミトコンドリア内の ATP 濃度が健康な細胞に比べて低いこと（防衛医科大学・大澤らとの共同研究）、悪性度の高いがん細胞ほど細胞質内の ATP 濃度が高いことが明
らかとなりました（金沢大学ナノ生命科学研究所／がん進展制御研究所・中山、大島らとの共同研究）。
本研究は、細胞内エネルギーの定量イメージングに新たな道を拓く成果です。今後、この技術は、がん、神経疾患、代謝異常など、細胞エネルギー異常が関与する多くの疾患研究への応用が期待されます。
本研究成果は、2025 年 11 月 13 日（英国時間）に英国科学誌『Nature Communications』のオンライン版に掲載されました。
図1：ATP濃度を蛍光寿命に変換できるATPセンサー（qMaLioffG）
検量線（蛍光寿命と ATP濃度）を用いて、ピクセル毎の蛍光寿命値を算出、ATP濃度情報を得ることができる。ミトコンドリア病によってATP産生能に障害がある細胞のATP濃度を定量解析した（出版社から許可を得て掲載論文の図を改変）。
図2：転移能（悪性度）の異なるがん細胞のATPの定量解析
転移能が高いがん細胞では、低い細胞と比べて、ATP濃度が高いことが示唆された（出版社から許可を得て掲載論文の図を改変）。
図3： ショウジョウバエの脳におけるATPマッピングの事例
（出版社から許可を得て掲載論文の図を改変）。
【用語解説】
※1：蛍光寿命
蛍光色素や蛍光タンパク質が光を吸収して、エネルギーの高い励起状態に遷移した後、その励起状態にとどまっていられる平均的な「時間」のこと。
※2：ミトコンドリア病
細胞のエネルギーを作るミトコンドリアの働きが低下することで、全身の臓器や組織にさまざまな障害を引き起こす病気。心臓などで症状が現れる。
ジャーナル名：Nature Communications
研究者情報：新井 敏
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