2021 Fiscal Year Annual Research 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 | 膜透過ペプチド / 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 / 遺伝子導入 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は、機能性ペプチド等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。本年度は下記項目に取り組んだ。
（1）植物細胞への遺伝子導入における障壁として細胞膜が挙げられる。これに対し、植物細胞において新奇な細胞取込み機構を誘起する人工の膜透過ペプチド（dTat-Sar-EED4）を開発した。dTat-Sar-EED4が誘起する取込み機構は、細胞膜の突起構造や直径200 nmを超える細胞内の小胞を形成するなどの特徴を有し、動物細胞で報告されているマクロピノサイトーシスと類似することが明らかになった。また、dTat-Sar-EED4は、既存の膜透過ペプチドと比較して最大で20倍程度高い効率で細胞外の高分子を細胞内へ導入できることが分かった。dTat-Sar-EED4は、前年度までに開発してきたエンドソーム脱出ミセルと組み合わせることで、遺伝子導入効率を更に高めることが期待される。
（2）セルロース微繊維のネットワーク構造を持つ植物細胞壁は、～50 nmよりも大きい外来分子の侵入を阻むバリア機能を持ち、高効率な遺伝子導入の達成を阻んでいる。今年度は、植物に対する毒性が低い双性型イオン液体が、セルロース微繊維を局所的に溶解させることにより、細胞壁の透過性を有意に向上させることを見出した。さらに、双性型イオン液体を前処理した植物において、エンドソーム脱出ミセルによる遺伝子導入効率が有意に向上することを見出した。また、葉緑体移行シグナルを修飾したエンドソーム脱出ミセルを双性型イオン液体と組み合わせることにより、従来よりも高効率な葉緑体への遺伝子導入が可能となった。ミトコンドリア移行シグナルを修飾したミセルでも同様の結果が得られ、本課題の目的であった、植物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に成功した。
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