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リン脂質ータンパク質非対称膜ベシクルによる高効率な分裂・サイズ回復システムの構築

公募研究

研究領域分子サイバネティクス ー化学の力によるミニマル人工脳の構築
研究課題/領域番号 23H04398
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅳ)
研究機関群馬大学

研究代表者

神谷 厚輝  群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (70612315)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 採択後辞退 (2024年度)
配分額 *注記
10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
2024年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2023年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
キーワードタンパク質 / 人工細胞膜 / 酵素 / 機械刺激受容チャネル / バイオリアクタ / ベシクル / 膜タンパク質 / 人工細胞モデル
研究開始時の研究の概要

本研究では、化学、合成生物学、機械工学を駆使し、リン脂質-両親媒性タンパク質ベシクル(非対称膜ベシクル)作製し、膜の疎密やベシクル内部でのタンパク質発現をおこなうことで、高効率なベシクルの分裂とサイズ回復を実現させる。

研究実績の概要

我々の研究室では、外膜:リン脂質、内膜:両親媒性タンパク質から形成される非対称膜ベシクルの形成に成功している。βバレル構造を形成するOmpGをこの非対称膜ベシクル膜に再構成し、OmpGを介した物質輸送にも成功している。また、この非対称膜ベシクルは、リポソームに比べ堅牢である利点をもっている。そこで、この非対称膜ベシクルを用いて、膜張力の変化に応じて、活性化する人工細胞モデルの構築をおこなった。膜張力の変化を感受できる機械刺激受容チャネルのMscLを利用した。αヘリックス構造のMscLをリン脂質-両親媒性タンパク質非対称膜へ再構成に成功した。そして、膜張力を変化させることでMscLを介した物質輸送に成功した。通常、MscLの活性化には、膜張力変化とアニオン性のリン脂質の存在が必要不可欠である。今回の非対称膜ベシクルには、アニオン性のリン脂質は含まれていなかった。今回使用した両親媒性タンパク質のオレオシンの末端部分には、負電荷のアミノ酸が存在している。したがって、アニオン性のリン脂質の代わりに、負電荷のアミノ酸とMscLが相互作用して、MscLを活性化したと考えられる。非対称膜上においても、MscLによって10 kDaまでの物質透過に成功している。この機構を利用して、sfcherryを大断片と10kDa以下の小断片に分離する。そして、大断片を非対称膜ベシクル内に入れ、小断片はベシクル外液に加えた。そして、膜張力を変化させ、小断片MscLを介してベシクル内へ輸送した。その結果、非対称膜ベシクル内でsfcherryの蛍光が観察された。これらの結果は、ACS Applied Materials & Interfacesに掲載された。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Molecular Transportation Conversion of Membrane Tension Using a Mechanosensitive Channel in Asymmetric Lipid?Protein Vesicles2024

    • 著者名/発表者名
      Baba Kotaro、Kamiya Koki
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 16 号: 17 ページ: 21623-21632

    • DOI

      10.1021/acsami.4c02370

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control of Reversible Formation and Dispersion of the Three Enzyme Networks Integrating DNA Computing2023

    • 著者名/発表者名
      Mameuda Aoi、Takinoue Masahiro、Kamiya Koki
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 95 号: 25 ページ: 9548-9554

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.3c00924

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 生体分子集積による外部刺激応答型人工生命システムの構築2024

    • 著者名/発表者名
      神谷厚輝
    • 学会等名
      第7回分子ロボティクス年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] PROTEIN ACCUMULATION AND MEMBRANE MODIFICATION USING ASYMMETRIC PHOSPHOLIPID-PROTEIN VESICLES2024

    • 著者名/発表者名
      Msato Suzuki, Koki Kamiya
    • 学会等名
      2024 Biophysical Society Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] FORMATION AND DISPERSION OF THE ENZYME COMPLEX USING SINGLE STRAND DNA2024

    • 著者名/発表者名
      Koki Kamiya, Aoi Mameuda
    • 学会等名
      2024 Biophysical Society Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] THE FUNCTION OF MECHANOSENSITIVE CHANNELS IN THE ASYMMETRIC LIPID-PROTEIN MEMBRANE2024

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Baba, Koki Kamiya
    • 学会等名
      2024 Biophysical Society Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 脂質-タンパク質非対称膜の張力変化による機械刺激依存性チャネルを介した分子輸送観察2024

    • 著者名/発表者名
      馬塲康太朗、神谷厚輝
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 酵素のネットワーク構造形成がもたらす カスケード反応への影響2024

    • 著者名/発表者名
      豆生田葵衣、瀧ノ上正浩、神谷厚輝
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] リポソームへの生体分子集積による人工細胞システムの構築2023

    • 著者名/発表者名
      神谷厚輝
    • 学会等名
      第17回東北糖鎖研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] miRNA detection based on reversible network formation and dispersion of enzymes via DNA motifs2023

    • 著者名/発表者名
      Aoi Mameuda, Masahiro Takinoue, Koki Kamiya
    • 学会等名
      DNA29
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 酵素-DNA複合体の可逆的な近接・分離を利用したmiRNA検出2023

    • 著者名/発表者名
      豆生田葵衣、瀧ノ上正浩、神谷厚輝
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第47回研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] DNA を介して近接・分離する酵素ネットワークによる miRNA 検出2023

    • 著者名/発表者名
      豆生田葵衣、瀧ノ上正浩、神谷厚輝
    • 学会等名
      第17回バイオ関連化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 三種miRNAを認識可能な酵素-DNA複合体ネットワークの構築2023

    • 著者名/発表者名
      豆生田葵衣、瀧ノ上正浩、神谷厚輝
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会 16.0
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 機械刺激依存性チャネルを介した脂質-タンパク質非対称膜小胞内へのペプチド輸送2023

    • 著者名/発表者名
      馬塲康太朗、神谷厚輝
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会 16.0
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 機械刺激依存性チャネルを用いた脂質-タンパク質非対称膜張力センシング2023

    • 著者名/発表者名
      馬塲康太朗、神谷厚輝
    • 学会等名
      第13回 CSJ化学フェスタ2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 機械刺激依存性チャネルを用いた脂質-タンパク質非対称膜小胞内への分子輸送2023

    • 著者名/発表者名
      馬塲康太朗、神谷厚輝
    • 学会等名
      第61回生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] DNAコンピューティングを用いたカスケード酵素の可逆的空間制御系を応用したmiRNA検出2023

    • 著者名/発表者名
      豆生田葵衣、瀧ノ上正浩、神谷厚輝
    • 学会等名
      第61回生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 群馬大学 大学院理工学府 分子科学部門 神谷研究室

    • URL

      http://kamiya.chem-bio.st.gunma-u.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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