2020 Fiscal Year Research-status Report
機能性ペプチドを修飾したナノミセルによる植物ミトコンドリアへの高効率な遺伝子導入
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19K15411
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
宮本 昂明 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)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 細胞壁 / エンドソーム脱出ナノミセル / 双性型イオン液体 / 植物オルガネラ / 遺伝子導入 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は、機能性ペプチドを利用することにより、植物細胞が持つ種々の障壁を克服し、ミトコンドリアへの高効率な遺伝子導入を達成することである。当該年度は下記項目に取り組んだ。
（1）昨年度開発した膜透過機能とエンドソーム脱出機能を併せ持つペプチド修飾ミセルの細胞内挙動を詳細に調べ、ミセルへ修飾する機能性ペプチドを最適化した。この最適化の結果、ミセルの植物細胞内への取り込み効率と細胞質への移行効率を両立することが可能となり、核への遺伝子導入効率が従来の遺伝子キャリアペプチドと比較して4倍程度向上した。
（2）植物の細胞壁は，セルロース微繊維のネットワーク構造により，～50 nm以上の外来分子の侵入を阻んでいるが，遺伝子導入に用いるペプチド/DNA複合体は平均直径が～100 nm程度であるため，細胞壁を効率的に透過できていないと予想される。今年度は、セルロースを可溶化するイオン液体に注目し、イオン液体を前処理した植物において、（1）で開発したミセルによる遺伝子導入と細胞毒性を検討した。その結果、従来のイミダゾリウム塩から成るイオン液体と比較して、双性型のイオン液体が植物に対して低毒性であり、数百mMの高濃度域においても毒性を示さないことが明らかとなった。また、双性型イオン液体の前処理条件を最適化することにより、ミセルの遺伝子導入効率がコントロール（イオン液体未処理）と比較して2倍程度向上することを明らかにした。
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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
エンドソーム脱出ミセルの改良と双性型イオン液体の活用により、植物への遺伝子導入における主要なバリアである液胞と細胞壁を克服しつつあり、研究当初と比較して遺伝子導入効率を約10倍程度向上させることに成功している。以上から，研究は順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，エンドソーム脱出ミセルにミトコンドリア移行ペプチドを付与し、双性型イオン液体と組合わせることにより，ミトコンドリアへの高効率な遺伝子導入を目指す。また，これまで取り組めていなかったミセルからのDNA放出挙動を改善するために、ミトコンドリアに高濃度に存在する活性酸素種をトリガーとしたDNA放出機構を開発する。これにより、植物ミトコンドリアへのさらなる遺伝子導入効率を目指す。
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