多機能な人工細胞の実現に期待 - 東工大、機能性細胞膜の合成に成功

東京工業大学(東工大)は、人工細胞の構築に必要な、タンパク質を細胞膜に正確に組み込む分子装置を試験管内で作製することに成功したと発表した。

同成果は、同大地球生命研究所の車兪澈WPI(世界トップレベル研究拠点プログラム)研究員、東京大学大学院新領域創成科学研究科の上田卓也教授と松林英明大学院生らによるもの。詳細は、独化学会誌「アンゲヴァンテ・ケミー・インターナショナル・エディション」オンライン速報版に掲載された。

生物はRNAやタンパク質を合成することでさまざまな細胞を作りだしており、そのもととなるタンパク質の中には細胞内で機能するもののほか、細胞を包み込む細胞膜上で機能するもの、あるいは膜の外に放出されてから機能するものなどがある。しかし、そうした膜を介するタンパク質は細胞の中で合成されるため、合成と同時に細胞膜に埋め込まれるか、合成後に細胞膜の外へ透過される必要があり、それらはタンパク質を膜透過させるためのトンネル「SecYEGトランスロコン」を介して、本来あるべき場所で正しい構造をとり機能している。

今回、研究グループは、上田教授が開発した試験管内タンパク質合成システム「PURE system」を用いて、大腸菌のSecトランスロコンである「SecYEG」を合成し、タンパク質を正確に膜透過・膜挿入できる人工膜を構築することに成功した。

また、「SecYEG」を通って膜の向こう側に輸送される外膜構成タンパク質A前駆体「pOmpA」を合成し、タンパク質をSecトランスロコンを介して膜通過させるモータータンパク質「SecA」を用いてリポソームの内側へ膜透過させたほか、同様にSecYEGを通るシグナル配列切断酵素「LepB」を合成・膜透過させ、LepBが先に固定されているpOmpAの一部を切断し、成熟体型の「OmpA」を生成することを確認したという。

さらに、SecYEGが膜を通り抜けるタイプのタンパク質に作用するだけではなく、細胞膜上に存在する6回膜貫通型の膜タンパク質「YidC」のような複数回の膜透過を行う複雑な構造の膜タンパク質にも作用していることを確認。これにより人工的に合成されたSecYEGであっても、細胞内のものと同様に機能していることが示されたこととなった。

加えて研究グループでは、SecY変異体「C385Y」が人工的な系において、2～5倍の高い膜透過活性を持つことも発見したとしている。

今回の成果を受けて、研究グループでは近い将来、同じ反応を細胞サイズのリポソームの中で行うことが可能であるとの考えを示しており、これにより、自らSecYEGを合成し、細胞の生命活動維持に必要なさまざまな膜タンパク質をつくれる人工細胞の実現が期待できるようになるとするほか、ホルモンのようなほかの細胞へ信号を伝搬するシグナル分子を送信できる人工細胞やそれらを受信できる人工細胞の構築も期待できるとしており、従来の細胞1個のレベルでの人工細胞の構築ではなく、多細胞間のコミュニケーションも再現できる人工細胞群の構築にも期待できるようになると説明している。