緑色蛍光タンパク質

緑色蛍光タンパク質（GFP）は、オワンクラゲ（学名 Aequorea victoria）に由来する、分子量およそ27キロダルトンの蛍光性を持つタンパク質です。このタンパク質は、1960年代に下村脩博士によって、同じくクラゲから発見されたイクオリンとともに単離・精製されました。下村博士は、この発見の功績により、2008年にノーベル化学賞を受賞しています。

オワンクラゲの生体内では、GFPはイクオリンと複合体を形成しています。イクオリンは単体では、細胞内のカルシウムイオンに応答して青色（最大波長460 nm）の発光（バイオルミネセンス）を示します。しかし、オワンクラゲの発光細胞内では、イクオリンから放出されたエネルギーが、フェルスター型エネルギー転移（FRET）というメカニズムを介してGFPに伝達されます。このエネルギーを受け取ったGFPが、緑色（最大波長508 nm）の蛍光を発します。GFPが光る基となる発色団の分子構造は、下村博士が提唱したモデルをもとに、10数年を経て1990年代に確認されました。注目すべき点として、GFP分子内での発色団形成は、自己による脱水結合のみで完結し、酵素などの他の分子の助けを必要としません。

GFPは、励起光を直接照射することでも、単体で蛍光発光（フォトルミネセンス）します。下村博士による発見から30余年を経た1990年代に、ワードやプラッシャーらの研究グループがGFP遺伝子の特定とクローニングを成功させました。続いて、チャルフィーやチエンらの研究グループが、GFP遺伝子をトランスジーンとして様々な種類の細胞に導入し、そこでGFPを発現させることに成功しました。チャルフィー博士およびチエン博士もまた、下村博士とともに2008年のノーベル化学賞を受賞しています。GFPは、蛍光発現に基質が不要で単体で機能する性質、酵素不要の発色団形成、そして異種細胞への発現方法が確立されたことから、1990年代に生物学研究におけるレポーター遺伝子として急速に普及しました。

天然型のGFPタンパク質を基盤として、遺伝子工学的手法を用いて、蛍光の強度、励起・蛍光の波長特性、最適な温度、発色団の成熟速度など、性質が異なる多様な改変型GFPが開発されています。GFPおよびこれらの改変型は、細胞生物学、発生生物学、神経細胞生物学といった生命科学の幅広い分野において、最も頻繁に使用されるレポーター遺伝子の一つとなっています。

GFPは、生きた細胞を破壊することなく、リアルタイムでその場（in situ）での観察を可能にする大きな利点があります。また、目的のタンパク質にGFPを結合させて融合タンパク質（「GFPタグ」と呼ばれる）として機能させることも可能です。この性質は、特に細胞内のシグナル伝達に関わるタンパク質の細胞内における正確な位置（局在）を明らかにする上で、なくてはならないツールとなっています。ただし、GFPを融合させることで、対象となるタンパク質の機能に影響を与える可能性も否定できないため、実験結果の解釈には慎重さが求められます。現在、これに代わる低分子の蛍光試薬の開発も進められています。なお、関連情報として、遺伝子組み換えによりGFPを持ち緑色に蛍光するとされるウサギ「アルバ」が挙げられますが、その信憑性については疑問が示されています。

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