Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
細胞はDNAにコードされた情報に従って多様な分子を産生し、自らのコピーを生み出し増殖する自己複製システムである。自律的な分裂を行うプロトセルを再構成することは、生命の定義にもせまる重要課題の１つと位置づけられる。ここで意味するプロトセル（Proto-cells）とは、現実の細胞を模倣しながらも、可能な限り単純な仕組みで動作する人工物を意味する概念である。そこで本研究では、10ミクロンサイズの細孔を脂質二重膜でシールし、自律的な遺伝子発現を行うプロトセル-マイクロウェルを作成し、その設計を通じて原始的な細胞の構築原理を探求した。プロトセル-マイクロウェルの区画内には水, DNA, そして必要なタンパク質分子のリボソーム, RNAポリメラーゼ, tRNA, ATP, イオン等が閉じ込められ、遺伝子発現が自律的に行われる無細胞反応系を構成している。区画となる脂質二重膜は平均的には５-６時間の後に破裂することが多いものの、遺伝子発現をdeGFPの蛍光輝度でモニターしたところ反応液に含まれるATP濃度に応じてタンパク質合成が持続することがわかった。この結果は、境界形状や内部の反応液の量を設計しながらも、遺伝子発現の自律的反応を誘導できることを示している。さらに、外液に高分子溶液を加えて浸透圧を調節すること、さらに脂質ミセルを加えることで膜の安定性が高まり、２４時間以上も安定的に遺伝子発現を持続することが明らかになった。また、脂質二重膜の増殖を検討するため外部に脂質ミセルを加え、マイクロウェルの上部にゆるやかな流れを与えると、反応液をシーリングする脂質二重膜が増殖し、多数の小胞の形成を誘導する過程が観察された。今後、脂質膜の分裂を制御するためにFtsZなどのタンパク質の合成を誘導することで、自律的に動作するプロトセルの設計原理と力学的メカニズムの解明につながると期待できる。
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results, Peer Reviewed: 2 results, Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Invited: 3 results)
Scientific Reports
Volume: 8 Issue: 1 Pages: 7364-7364
10.1038/s41598-018-25532-3
Soft Matter
Volume: 14 Issue: 26 Pages: 5519-5524
10.1039/c8sm00754c
生体の科学
Volume: 69 Pages: 269-274
Volume: 69(3)
