2015 Fiscal Year Annual Research Report
細胞内の自発的超分子構築を駆動する分子針の開発
Publicly Offered Research
| Project Area | Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence |
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| Project/Area Number |
15H00805
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
上野 隆史 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (70332179)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | タンパク質工学 / ファージ / 薬物輸送 / 組み換え遺伝子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、外来タンパク質を細胞内へ輸送するための様々な分子システムが研究されている。高分子への内包、シグナルペプチドの修飾、エレクトロポレーション等による従来の細胞内蛋白質輸送は、その輸送効率の低さと不均一性、細胞毒性、蛋白質変成等の問題から、転写因子や電子伝達蛋白質等の単一分子で機能する蛋白質の輸送に限られていた。本手法では、分子針が六量体から形成されている特徴を活かし、分子針当たり6個の蛋白質の輸送により、単量体の高い細胞内局所濃度の維持が可能となる。具体的には、バクテリオファージT4の有する大腸菌外膜透過タンパク質を基盤とする人工細胞膜貫通タンパク質針 (Protein Needle, PN)の輸送タンパク質としての利用に着目した。これまでsfGFPとPNを遺伝子工学的に融合させた複合体を用いて、細胞内へのGFP輸送に成功している。本研究では、PNにより細胞内へ導入した外来タンパク質の機能を発現させる新たな系の構築を目的とした。そこで特異的な遺伝子配列を認識し、その組み換え反応を触媒する酵素Cre recombinase (Cre)を外来タンパク質としてPNに融合し複合体の構築を検討した。
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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
本手法では、細胞中で機能発現したい超分子のビルディングブロックを天然、非天然に関わらず細胞内輸送し、細胞内の自己集合反応により超分子構造体に作り上げることを目的とした。高分子への内包、シグナルペプチドの修飾、エレクトロポレーション等による従来の細胞内蛋白質輸送は、その輸送効率の低さと不均一性、細胞毒性、蛋白質変成等の問題から、転写因子や電子伝達蛋白質等の単一分子で機能する蛋白質の輸送に限られていた。本手法では、分子針が六量体から形成されている特徴を活かし、分子針当たり6個の蛋白質の輸送により、単量体の高い細胞内局所濃度の維持が可能となる。従って、巨大な超分子集合体を構成する単量体の高効率輸送を実現し、超分子機械の細胞内形成を促進するシステムとなる。具体的には、期間内に分子針技術を用いた超分子構造体の高効率な細胞内形成を達成するため、機能タンパク質と分子針の複合体による機能化ナノケージ構造体の細胞内合成と機能発現について検討をおこなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
得られた結果をもとに、当該領域のロボット工学的要素を取り入れたシステム開発の融合研究を計画し、実験・理論の相補的な連携により分子針の設計指針を確立し、分子ロボット構築のための新しい分子操作技術開発を目指す。本手法が確立できれば、蛋白質だけではなく、非天然化合物も融合したヘテロ超分子を化学ツールとする革新的な分子操作技術として、細胞生物学やケミカルバイオロジー研究から、医薬応用に向け大きなインパクトを与えると考えられる。
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