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申請者らが試験管内再構成した①解糖系と転写翻訳系のカップリング系と②細胞分裂面決定系を材料に、分子夾雑が生命システムの動態を変化させるメカニズムを明らかにする研究である。本研究により明らかになる分子夾雑と生命システム動態の関係を通し、生命システムの制御における分子夾雑の生理的意義に迫ることを目的とした。
①に関して、細胞サイズ空間では表面積体積比の高さゆえ、弱い膜結合タンパク質においても細胞膜への局在が優勢となる現象と、分子夾雑が強い膜結合を担うタンパク質のみが結合できるよう調整していることを見出した(eLifeに報告)。本成果により、細胞のような小さな空間では、分子夾雑が細胞膜との相互作用のレベルを調節していることが示された。
②に関して、低分子動態、高分子量などの指標を頼りに様々な検討を行い、低分子基質が組み合わせ生命システムのダイナミクスを劇的に変化させる現象が存在することを見出した。さらに、意図しない高分子機能の夾雑が解糖系と転写翻訳系の共役を円滑にするという、生命システム共役と分子夾雑の新たな関係を導きだした。この結果を生化学シミュレーションにより説明することに成功している。本成果は、単なる分子の夾雑を超えた、生命システムの夾雑特異的な現象の発見であり、「分子夾雑の生命化学」の理解に貢献するものである。
さらに①と②を融合した研究である、再構成された転写翻訳系を用い、Min波を人工細胞中で制御する研究を行った。「分子夾雑の生命化学」の解析から得られた情報を利用して人工細胞中に物理的な時空間パターンを再現・制御することが可能であることを示し、Chemical Scienceに報告した。
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