標的細胞を見分ける“スマートカプセル”:無細胞で抗体を固定化したリポソーム開発~薬剤送達や遺伝子治療への応用が期待される細胞を使わないプラットフォーム~

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2025-06-20 海洋研究開発機構,ジーンフロンティア株式会社,東京科学大学

北海道大学などの研究チームは、無細胞タンパク質合成系(PURE system)を活用し、抗体断片(VHH)を脂質化してリポソーム表面に固定化する「スマートカプセル(イムノリポソーム)」をわずか2日で作製する技術を開発しました。ポリアルギニン配列の導入とパルミトイルCoAによる脂質化により、約80%のVHHが100 nmリポソームに固定化され、その結果、標的となるHER2陽性乳がん細胞に特異的に結合することを実証しました。本手法は無細胞系を用いるためスピーディかつ培養細胞不要で、薬剤や遺伝子を内包したドラッグデリバリーやワクチン、バイオセンサー、スクリーニングへの応用が期待されます。成果は『ACS Synthetic Biology』に掲載されました。

標的細胞を見分ける“スマートカプセル”:無細胞で抗体を固定化したリポソーム開発~薬剤送達や遺伝子治療への応用が期待される細胞を使わないプラットフォーム~
図1 本研究で開発した無細胞系の概要図. 再構築型の無細胞系PURE systemで合成したVHH抗体はTEVプロテアーゼでトリミングを受けた後、 ミリストイル基転移酵素によりミリストイルCoA(脂質源)またはパルミトイルCoAから脂質を修飾される。 これにより疎水的相互作用が働きリポソーム表面に固定される。抗体を固定したリポソームは標的となるがん細胞に結合する。

<関連情報>

無細胞系における脂質の修飾とタンパク質の膜局在化 Lipid Modification and Membrane Localization of Proteins in Cell-Free System

Rena Matsumoto,Tatsuya Niwa,Kaori Kuno,Yasuhiro Shimane,Yutetsu Kuruma,and Takashi Kanamori
ACS Synthetic Biology  Published: June 19, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acssynbio.5c00155

Abstract

Post-translational modifications are an essential process for proper protein function and localization. In particular, lipid modification plays a crucial role in the spatial regulation of proteins functioning on a lipid membrane surface. While cell-free protein synthesis allows rapid protein production, technical advances in lipidation modification are behind. Here, we developed a cell-free system for the myristoylation and palmitoylation of proteins. Based on our previous study, we improved myristoylation efficiency by trimming a precursor nascent peptide, which undergoes lipidation at the N-terminal glycine. We also found that N-myristoyltransferase (NMT) catalyzes both myristoylation and palmitoylation. The localization of lipidated proteins onto liposomes is further aided by the insertion of polyarginine residues downstream of the NMT recognition site. Finally, we demonstrated that lipidation of VHH antibodies and localization onto liposomes resulted in target-specific binding to cancer cells. This system offers a platform for displaying soluble proteins on lipid membranes, with potential applications in developing liposomes for targeted cell binding.

細胞遺伝子工学
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