研究

東工大ニュース

機能性細胞膜の合成に成功、人工細胞にむけて大きな一歩 -完全制御可能な膜タンパク質合成システムの実現に道-

2014.06.25

要点

  • タンパク質を膜透過させる細胞膜上のトンネル「SecYEGトランスロコン」を試験管内で作製
  • SecYEGトランスロコンを介して数種の膜タンパク質を人工脂質膜に挿入
  • 細胞膜の機能を自律的に合成する人工細胞の実現に期待

概要

東京工業大学地球生命研究所の車兪澈(くるま ゆうてつ)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の研究チームは、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。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、用語1)を用いて、膜タンパク質の合成に必須な膜上の分子装置を作製し、細胞と同じプロセスで膜タンパク質を合成した。この成果は、自律的に膜タンパク質を合成する人工細胞だけでなく、完全に制御可能な膜タンパク質合成システムの実現につながるものである。

生きた細胞の仕組みを詳細に理解するために、DNA、タンパク質、脂質などの生体分子を組み合わせて人工細胞を作製する研究が注目されている。しかし、それら細胞内分子を包み込む細胞膜の作製は、細胞膜上で働く膜タンパク質をうまく合成する有効な方法がなかったため非常に難しく、これまで人工細胞の実現を妨げていた。

この成果はドイツ化学会誌「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」のオンライン速報版で2014年6月4日に掲載された。

試験管内でのSecYEGトランスロコンの合成と、SecYEGを介したpOmpA、LepBの膜透過と、YidCの膜挿入
試験管内でのSecYEGトランスロコンの合成と、SecYEGを介したpOmpA、LepBの膜透過と、YidCの膜挿入

試験管内タンパク質合成系であるPURE systemにリポソームを加え、SecYEGを合成するための遺伝子secYsecEsecGを投入する(1)(2)。SecYEGが合成された後、pOmpAを合成するための遺伝子ompAと、pOmpAを膜の内側へ透過させる細胞質因子SecAを投入する(3)。透過されたpOmpAはリポソーム内側の脂質膜に固定される。その後、LepBを合成するための遺伝子lepBを投入し同じように膜透過させる(4)。膜透過したLepBは先に透過したpOmpAの根元を切断し、結果成熟体型のOmpAがリポソーム内空間に放出される(5)。また、SecYGEは多数回膜を貫通するYidCを膜内へ挿入させることもできる(6)。

用語説明

(用語1) 試験管内タンパク質合成システムPURE system
タンパク質合成に必要な37種類の因子をそれぞれ大腸菌から単離精製し、1つの試験管内に混合したタンパク質合成のための人工的なシステム。目的の遺伝子を投入し温めることで、数時間以内にタンパク質が合成できる。

掲載雑誌名、論文名および著者名

掲載雑誌名:
独国化学会誌Angewandte Chemie International Edition (Angew. Chem., Int. Ed.)
論文名:
In Vitro Synthesis of the E. coli Sec Translocon from DNA
著者:
Hideaki Matsubayashi, Yutetsu Kuruma, and Takuya Ueda
DOI:

お問い合わせ先

車 兪澈(くるま ゆうてつ)
東京工業大学 地球生命研究所 WPI研究員
TEL: 03-5734-3414 FAX: 03-5734-3416
Email: kuruma@elsi.jp

東京工業大学 地球生命研究所 広報担当
TEL: 03-5734-3163 FAX: 03-5734-3416
Email: pr@elsi.jp