2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of bacterium fusion device to control multi molecular crowding environment in cytosol
| Project Area | Chemical Approaches for Miscellaneous / Crowding Live Systems |
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| Project/Area Number |
17H06355
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田端 和仁 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (50403001)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 無細胞合成 / オスモライト / クラウディング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、複雑な反応に対するクラウディング効果の影響を調べた。細胞内は様々な代謝反応がざまざまな分子がひしめき合うクラウディング環境の中で行われている。一方、実験室の環境ではそのようなヘテロなクラウディング環境を実現することは難しい。そこで私たちは、微小なチャンバーとバクテリアを融合させたhybrid cellを開発した。このhybrid cellは微小チャンバーの中に細胞内に含まれる全ての物質を内包しており、細胞内と同じ環境を作り出すことができる。しかしながら、細胞内環境はあまりにも複雑であるため、その理解は困難である。そこで、細胞内の中心的な反応である転写翻訳系に注目し、それらを試験管内に再構成したPUREシステムを利用してクラウディング効果の影響を調べた。具体的には、PUREシステムにタンパク質翻訳を行わせ、様々なクラウディング剤を加えてその合成に対する影響を調べた。6種類のクラウディング剤を調べたところ、ベタインとTMAOにおいてタンパク質合成活性を高めることが分かった。また、それぞれの至適な濃度も異なることが明らかとなった。このような複雑な反応系において、低分子のクラウディング剤であるベタインやTMAOが効果を現すことは知られていない。実際に細胞の中でもこのような低分子のクラウディング剤は大量に存在することが知られており、細胞内環境に近づけることで活性が上がることは、試験管内再構成された実験系でも、細胞内環境に近づけると活性が上がることを示唆しており、細胞内の分子夾雑環境が重要であることを示唆する結果である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ほぼ論文を執筆できるレベルの結果が得られている。初年度でここまでの結果が得られることはなかなかない。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度は本結果をまとめることと、マイクロデバイスの改良に注力し、今回得られた結果とHybrid cellを組み合わせることで細胞内環境の制御を行う実験系を構築する。具体的には、複数のタンパク質において、クラウディング剤の添加による合成量の増加を確認し、論文執筆に取り組む。また、hybrid cell作成のためのチャンバーデバイス内壁の修飾において、PEGやMPCポリマーなどを検討し、デバイス内壁への細胞内成分の特異的吸着を低下させより高活性なhybrid cell作成に取り組む。さらに、今回見いだしたクラウディング剤をhybrid cellに導入することで細胞内成分の濃度低下の影響を低減できるか検討を行う。これによって、クラウディング剤の濃度を変化させることでhybrid cell内の細胞内成分の濃度をコントロールし、その代謝活性などを制御できないか検討を行う。
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