人工細胞で細胞変形の設計原理を解明 -動いて分裂する人工細胞の実現へ一歩前進-

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2026-07-30 理化学研究所,パデュー大学科学技術振興機構

理化学研究所、パデュー大学、科学技術振興機構(JST)の国際共同研究チームは、アクチン細胞骨格を封入した人工細胞を構築し、細胞膜が局所的に膨らむ「ブレブ」形成の再現に成功するとともに、その力学原理を解明した。アクチン、ミオシン、α-アクチニンを細胞サイズのリポソームに封入した最小構成系により、自発的な膜変形を実現し、大規模エージェントベースシミュレーターを用いて現象を高精度に再現した。その結果、ブレブの大きさは「アクチン線維と膜の結合強度」、発生機構は「膜との結合強度」と「アクチン線維同士の連結強度」のバランス、ブレブの数は「アクチン線維の空間分布」によって制御されることを明らかにした。また、従来対立していた「膜からの剝離」と「細胞骨格の破断」という二つのブレブ形成モデルを統一的に説明することに成功した。本成果は、細胞変形や細胞運動、細胞分裂、がん浸潤などの理解を深めるとともに、自律的に運動・分裂する人工細胞や合成生物学への応用が期待される。

人工細胞で細胞変形の設計原理を解明 -動いて分裂する人工細胞の実現へ一歩前進-
人工細胞が示す膜変形(上)と、それを再現する大規模シミュレーター(下)

<関連情報>

細胞サイズの脂質小胞内でのアクチンミオシンネットワークの再構成により、膜の膨張と対称性の破れの異なるメカニズムが解明される Reconstitution of actomyosin networks in cell-sized liposomes dissects distinct mechanisms of membrane blebbing and symmetry breaking

Makito Miyazaki, Fahmida Sultana Laboni, and Taeyoon Kim
Science Advances  Published:29 Jul 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aed8818

Abstract

The actin cortex, a thin layer of actomyosin network beneath the plasma membrane, regulates various cell functions by generating active forces and inducing membrane deformations, including blebs. Although upstream signaling is involved in regulating cell shape, the extent to which downstream actomyosin molecules can control the shape remains elusive. Here, using a minimal reconstituted system combined with an agent-based computational model, we show that actin-membrane coupling strength determines the magnitude of membrane deformation, while its balance with actin network connectivity governs the bleb initiation mechanism, either by detachment of the cortex from the membrane or by rupture of the cortex. This balance also modulates single versus multiple bleb formation, thereby regulating symmetry breaking. Furthermore, our results suggest that not only the dense cortical network but also the sparse volume-spanning network actively contributes to the regulation of bleb number. These findings provide mechanistic insights into how cells tune actin network organization to control their shape and polarity.

生物化学工学
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