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Micelle complexes displaying multiple functional peptides for efficient DNA delivery to plant mitochondria

Research Project

Project/Area Number 19K15411
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 28040:Nanobioscience-related
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

Miyamoto Takaaki  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 特別研究員 (20804040)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords植物オルガネラ改変 / 膜透過ペプチド / 双性イオン型ペプチド / エンドソーム不安定化ペプチド / ペプチド提示型ミセル / 遺伝子導入 / エンドソーム脱出ミセル / 双性型イオン液体 / 植物オルガネラ / 細胞壁 / エンドソーム脱出ナノミセル / 遺伝子送達ペプチド / エンドソーム脱出 / 二重修飾ミセル / 植物 / ナノミセル / 細胞膜透過ペプチド / ミトコンドリア移行ペプチド
Outline of Research at the Start

植物による物質生産は,二酸化炭素を原料とした有用物質の生産を可能とするが,生産性の低さが課題となる。植物の物質生産能力は,有用遺伝子の導入により植物オルガネラのゲノムを改変することで改善できる。しかし,細胞のエネルギー生産を担うミトコンドリアには,高効率な遺伝子導入法がなく,これが植物の物質生産を実用化するうえで大きな障壁となっている。本研究では,細胞膜透過およびミトコンドリア移行ペプチドを修飾したナノミセルを開発し,植物ミトコンドリアへの高効率な遺伝子導入を目指す。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we have developed functional peptides that can overcome multiple barriers in plant cells and peptide-displaying micelle complexes for DNA delivery to specific plant organelles including mitochondrion. The combination of our functional peptides and micelle complexes can enable efficient DNA delivery to plant mitochondria, contributing to plant bioengineering for various purposes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果は、植物オルガネラへの高効率な遺伝子導入を通じて、食糧・環境・エネルギーの諸問題解決の鍵となるオルガネラ改変植物の作出に貢献すると期待される。また本研究で見出された植物細胞の各種バリアを克服し得る機能性ペプチドは、遺伝子導入のみならず、広範な植物バイオテクノロジーに利用できる可能性があるため、今後の発展によって、植物を対象とする基礎・応用研究への波及効果が見込まれる。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] A Synthetic Multidomain Peptide That Drives a Macropinocytosis-Like Mechanism for Cytosolic Transport of Exogenous Proteins into Plants2022

    • Author(s)
      Miyamoto Takaaki、Toyooka Kiminori、Chuah Jo-Ann、Odahara Masaki、Higchi-Takeuchi Mieko、Goto Yumi、Motoda Yoko、Kigawa Takanori、Kodama Yutaka、Numata Keiji
    • Journal Title

      JACS Au

      Volume: 2 Issue: 1 Pages: 223-233

    • DOI

      10.1021/jacsau.1c00504

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fusion Peptide-Based Biomacromolecule Delivery System for Plant Cells2021

    • Author(s)
      Watanabe Kenta、Odahara Masaki、Miyamoto Takaaki、Numata Keiji
    • Journal Title

      ACS Biomaterials Science & Engineering

      Volume: 7 Issue: 6 Pages: 2246-2254

    • DOI

      10.1021/acsbiomaterials.1c00227

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Endosome-escaping micelle complexes dually equipped with cell-penetrating and endosome-disrupting peptides for efficient DNA delivery into intact plants2021

    • Author(s)
      Miyamoto Takaaki、Tsuchiya Kousuke、Numata Keiji
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 13 Issue: 11 Pages: 5679-5692

    • DOI

      10.1039/d0nr08183c

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Peptide-Mediated Gene Transfer into Marine Purple Photosynthetic Bacteria2020

    • Author(s)
      Higuchi-Takeuchi Mieko、Miyamoto Takaaki、Foong Choon Pin、Goto Mami、Morisaki Kumiko、Numata Keiji
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 21 Issue: 22 Pages: 8625-8625

    • DOI

      10.3390/ijms21228625

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dual peptide-based gene delivery system for the efficient transfection of plant callus cells2020

    • Author(s)
      Miyamoto Takaaki、Tsuchiya Kousuke、Numata Keiji
    • Journal Title

      Biomacromolecules

      Volume: - Issue: 7 Pages: 2735-2744

    • DOI

      10.1021/acs.biomac.0c00481

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Zwitterionic Polypeptides: Chemoenzymatic Synthesis and Loosening Function for Cellulose Crystals2020

    • Author(s)
      Tsuchiya Kousuke、Yilmaz Neval、Miyamoto Takaaki、Masunaga Hiroyasu、Numata Keiji
    • Journal Title

      Biomacromolecules

      Volume: 21 Issue: 5 Pages: 1785-1794

    • DOI

      10.1021/acs.biomac.9b01700

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] マクロピノサイトーシス様の取り込み機構を誘起する人工ペプチドを利用した植物へのタンパク質デリバリー2021

    • Author(s)
      宮本昂明、豊岡公徳、後藤友美、児玉豊、沼田圭司
    • Organizer
      第15回バイオ関連化学シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] エンドソーム脱出能を付与したペプチド修飾ミセルによる植物への核酸導入2020

    • Author(s)
      宮本昂明,土屋康佑,沼田圭司
    • Organizer
      第30回バイオ・高分子シンポジウム, 2, web開催, 2020年7月
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Micelles dually modified with cell-penetrating and endosome-disrupting peptides for efficient endosomal escape and gene delivery to plants2020

    • Author(s)
      宮本昂明,土屋康佑,沼田圭司
    • Organizer
      第69回高分子討論会, 1ESB09, web開催, 2020年9月
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Micelles postmodified with cell penetrating peptides for efficient gene delivery in plants2019

    • Author(s)
      Takaaki Miyamoto, Kousuke Tsuchiya, Keiji Numata
    • Organizer
      258th ACS National Meeting, PMSE 509, San Diego
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 細胞膜透過ペプチドとエンドソーム不安定化ペプチドを修飾したミセルによる植物への遺伝子導入2019

    • Author(s)
      宮本昂明,土屋康佑,沼田圭司
    • Organizer
      第68回高分子討論会, 3N12, 福井
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 複数種の機能性ペプチドを提示したイオン性複合体による植物への遺伝子導入2019

    • Author(s)
      宮本昂明,土屋康佑,沼田圭司
    • Organizer
      第13回バイオ関連化学シンポジウム, 2A-22, 仙台
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 細胞膜透過ペプチドから成るイオン性複合体を用いた植物への遺伝子導入およびマクロピノサイトーシス誘起ペプチドの協調効果2019

    • Author(s)
      宮本昂明,土屋康佑,沼田圭司
    • Organizer
      第28回バイオ・高分子シンポジウム, O4, 大岡山
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] マクロピノサイトーシス誘起ペプチドと核酸運搬ペプチドを組み合わせた植物カルスへの効率的な遺伝子導入2019

    • Author(s)
      宮本昂明,土屋康佑,沼田圭司
    • Organizer
      第68回高分子年次大会, 3M20, 大阪
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] Polypeptide comprising cell-penetrating sequence and composition comprising same2020

    • Inventor(s)
      沼田圭司,土屋康佑,宮本昂明
    • Industrial Property Rights Holder
      国立研究開発法人理化学研究所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2020
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] バイオマス材料処理剤およびバイオマス材料の処理方法2020

    • Inventor(s)
      沼田圭司,土屋康佑,宮本昂明
    • Industrial Property Rights Holder
      国立研究開発法人理化学研究所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2020-049180
    • Filing Date
      2020
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 標的細胞への物質の導入法2019

    • Inventor(s)
      沼田圭司,宮本昂明,他4名
    • Industrial Property Rights Holder
      国立研究開発法人理化学研究所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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