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2023 年度 実績報告書

超高感度バイオマーカー・ウイルス検出を実現する人工細胞センサーのボトムアップ構築

計画研究

研究領域生物を陵駕する無細胞分子システムのボトムアップ構築学
研究課題/領域番号 21H05226
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

築地 真也  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40359659)

研究分担者 寺井 健太  京都大学, 医学研究科, 准教授 (20616073)
研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2026-03-31
キーワード人工細胞 / バイオセンサー / バイオマーカー / 情報伝達 / シグナル増幅
研究実績の概要

本研究では、人工合成分子、脂質、タンパク質、蛍光プローブといった異種分子材料を組み合わせ、極微量のバイオマーカーやウイルスを超高感度に検出可能な「人工細胞センサー」をボトムアップ構築することを目的とする。本年度は以下の成果を達成した。
1)昨年度までに、特定のバイオマーカー(加水分解酵素)に応答してリポソーム内のタンパク質レポーターの膜移行を誘導する合成レセプター化合物の設計原理を確立している。本年度はまずその化合物構造の最適化を行なった。さらにその原理の適用範囲を検討するために、複数の異なるバイオマーカー酵素に対する合成レセプター化合物を創製した。それらの化合物はいずれも標的特異的な応答を示すことが明らかとなり、計3種類のバイオマーカー酵素に対応した合成レセプター化合物および人工細胞センサーを構築した。
2)1で確立したタンパク質膜移行の原理を発展させ、特定のバイオマーカー酵素に応答して内水相が光る人工細胞センサーシステムの設計に取り組んだ。これまでに、タンパク質膜移行を誘導する合成レセプター化合物と分割型タンパク質レポーターを組み合わせることで、標的バイオマーカー酵素の存在下でのみ分割型タンパク質レポーターの膜移行と再構成を誘導できることを見出しつつある。本年度はそのさらなる最適化と蛍光プローブの検討を行い、標的バイオマーカー酵素の存在を蛍光増幅シグナルとして読み出すことのできる、より高感度な人工細胞センサーの創製に成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

上記のように本年度は、超高感度人工細胞センサーをボトムアップ構築するための要素システムの確立と最適化を達成した。増幅効率に関しては更なる改善の余地があるものの、人工合成分子、脂質、タンパク質という比較的シンプルな構成成分で、バイオマーカーの検知から情報伝達、シグナル増幅まで実現できる人工細胞センサーシステムを創製できた点は特筆に値する。また、現在は合成化合物を人工レセプターとして使用しているが、膜貫通型人工タンパク質をリポソーム膜に組み込むための試みも検討を始めており、より高次な情報伝達機能を持つ人工細胞の構築へ向けて着実に研究が進んでいる。

今後の研究の推進方策

今後はこれまでに確立した要素システムのさらなる改良と最適化を進めると同時に、膜を介した情報伝達とシグナル増幅のための新たな化学原理の構築を目指す。また、社会実装を視野に、人工細胞センサーを基盤とした新規バイオマーカー・がん診断ツールとしての応用に着手する。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] ORP9-PH domain-based fluorescent reporters for visualizing phosphatidylinositol 4-phosphate dynamics in living cells2024

    • 著者名/発表者名
      Moeka Ajiki, Masaru Yoshikawa, Tomoki Miyazaki, Asami Kawasaki, Kazuhiro Aoki, Fubito Nakatsu, Shinya Tsukiji
    • 雑誌名

      RSC Chemical Biology

      巻: - ページ: in press

    • DOI

      10.1039/D3CB00232B

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Palmitoylation-dependent small-molecule fluorescent probes for live-cell Golgi imaging2023

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Sawada, Masaru Yoshikawa, Keita Tsutsui, Tomoki Miyazaki, Keiko Kano, Emi Mishiro-Sato, Shinya Tsukiji
    • 雑誌名

      ACS Chemical Biology

      巻: 18 ページ: 1047-1053

    • DOI

      10.1021/acschembio.3c00046

    • 査読あり
  • [学会発表] Bottom-up construction of synthetic cell sensors for biomarker detection2024

    • 著者名/発表者名
      Keita Tsutsui, Masaru Yoshikawa, Tomoaki Matsuura, Shinya Tsukiji
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
  • [学会発表] 合成分子と生体分子とリポソームで人工細胞センサーを創る2023

    • 著者名/発表者名
      筒井啓太、吉川優、築地真也
    • 学会等名
      第2回生命工学研究会
  • [学会発表] 疾患バイオマーカーを検知可能な人工細胞蛍光センサーの開発2023

    • 著者名/発表者名
      筒井啓太、吉川優、松浦友亮、築地真也
    • 学会等名
      学術変革領域研究(A)超越分子システム 2023年度領域会議
  • [学会発表] 合成情報伝達を可能にする人工メンブレンレスオルガネラのボトムアップ構築2023

    • 著者名/発表者名
      深谷陽子、吉川優、築地真也
    • 学会等名
      学術変革領域研究(A)超越分子システム 2023年度領域会議
  • [学会発表] 人工細胞バイオセンサーの開発2023

    • 著者名/発表者名
      筒井啓太、吉川優、築地真也
    • 学会等名
      第1回ケミカルバイオ超分子研究会

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公開日: 2024-12-25  

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