2019 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), 准教授 (50403001)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | マイクロデバイス / 溶液交換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、細胞内夾雑環境を制御する方法として、浸透圧差を利用したhybrid cellの体積を変化させるデバイスの開発に取り組んだ。Hybrid cellは細胞とほぼ同じ細胞内夾雑環境を持っているが、これを浸透圧による水の流入や排出によって、細胞内の混雑度合いを連続的に変化させることで、細胞内夾雑環境が細胞機能に与える影響を調べることを目的としている。hybrid cellに対して、浸透圧を連続的に変化させるには、外液の浸透圧を制御すれば良い。そのため、デバイス内で自由に溶液を交換するシステムを作成し、その検証を行った。まずは、溶液交換が連続的に出来るかを酵素反応を利用してシステムの評価を実施した。具体的には微小溶液チャンバーに確率的にインフルエンザウイルス1粒子を固定化し、ウイルス表面にあるノイラミニダーゼの活性を蛍光基質で検出している。溶液交換を行い、様々な条件でその蛍光強度変化を測定することで、測定精度の決定を行い、溶液交換がちゃんと出来ているかを評価した。そのけっか、30回程度の溶液交換でも溶液はほぼ交換されることがわかり、測定全体のエラーも30%程度に抑えられることがわかった。これは、1分子酵素の計測と同じぐらいのエラーであるため、溶液交換を複数回実施しての1回の測定と同じエラーにしかならないことを示している。この結果、今回開発した溶液交換方法はエラーも少なく交換出来る方法であることがわかった。また、今回の結果は、1ウイルス粒子に対して複数の阻害剤(タミフル、リレンザ)のの効果をそれぞれの相関として見た初めての結果であり、ウイルス集団のばらつきの大きさを示す結果となった。これらの結果は、現在論文にまとめて報告する予定である。
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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
当初の予定どおり、細胞内夾雑環境を制御するシステムの開発が進んでいる。溶液交換法の開発成功により、次年度以降実際の細胞内夾雑環境の制御に取り組むことが可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、細胞内夾雑環境の制御に向け、hybrid cellでの溶液交換系の開発を実施する。まず最初に脂質二重膜を張ったチャンバーを用いて溶液交換を実施することでチャンバー内液と外液の浸透圧を変化させ、脂質二重膜の変形によるチャンバー体積の変化が起きるかを検証する。検証は共焦点顕微鏡によるZスタックイメージングを行い、膜の変形の様子を観察する。これにより、浸透圧差と膜の変形の程度の関係を数値化し、hybrid cellでの実験の参考にする。続いて、hybrid cellでの実験を実施する。hybrid cellにおいても、浸透圧差によってまく変形が生じるかを検証し、どの範囲で体積変化が可能かを検討する。この結果に基づき、細胞内夾雑環境の変化量を定義する。そして、細胞内夾雑環境を変化させたときのタンパク質合成量を見積もることで、細胞内夾雑環境の細胞機能への影響を見積もる。
一方で、昨年度の研究において、オスモライトがPURE systemの活性を向上させることを報告した。これは、夾雑環境が細胞機能に影響を与えている可能性を示している。そこで、細胞サイズの微小空間の中で同様の現象が認められるかも検討していきたい。このような細胞サイスの微小空間において、細胞のタンパク合成量とPURE systemタンパク合成量には大きな開きがあり、PURE systemの方が低い。この原因はPURE systemのコンポーネント不足ではないことが示唆されており、そのほかの原因が考えられている。つまり、リポソームのような微小空間にオスモライトとPURE systemを閉じ込めたものを作成し、PURE systemのタンパク質合成活性が上昇すれば、この問題を解決することが可能になる。これは、最終的に人工細胞の創出に向けた取り組みとなり、大きなインパクトを産む可能性がある。
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