化学反応を利用して人工細胞膜のダイナミクスを制御~人工生命の創出や生体膜関連疾患治療への応用に期待~

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2025-11-18 東京科学大学

東京科学大学らの研究グループは、人工細胞膜上で化学反応を利用して、相分離ドメインを消失させたりリポソームを分裂させたりすることに初めて成功した。水中で閉環メタセシス反応を触媒できる人工金属酵素をビオチン化脂質によって膜表面に固定し、反応により脂肪酸を放出する基質をリポソームに添加したところ、相分離ドメインが時間とともに消失した。また、より大きなドメインを持つリポソームでは、基質添加により出芽と分裂が観察された。従来、膜相分離の制御は温度や浸透圧といった物理刺激に限られていたが、本研究は化学反応を外部入力とする新しい膜ダイナミクス制御法を確立した点が革新的である。この成果は、生化学反応に依存しない人工生命システムの構築や、相分離ドメイン関連疾患に対する新規治療技術につながると期待される。

化学反応を利用して人工細胞膜のダイナミクスを制御~人工生命の創出や生体膜関連疾患治療への応用に期待~
図1. 化学反応を利用したモデル細胞膜上の相分離ドメインの消失とリポソームの分裂

<関連情報>

閉環メタセシスによるプログラム可能な人工細胞膜ダイナミクス Programmable Artificial-Cellular Membrane Dynamics via Ring-Closing Metathesis

Rei Hamaguchi,Damian Alexander Graf,Kazushi Kinbara,and Thomas R. Ward
Journal of the American Chemical Society  Published: October 15, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c10187

Abstract

Lateral phase-separated structures in cellular membranes serve as functional domains in various membrane-mediated biological processes. Controlling phase-separation dynamics through catalysis could enable the assembly of smart vesicles that exhibit life-like phenomena. Herein, we present the first example of dynamic control of lateral phase separation via a catalytic reaction: ring-closing olefin metathesis (RCM). This catalytic reaction occurs near the membrane by engineering the surface of lipid membranes with a biotin-streptavidin-based artificial metalloenzyme (ArM). We designed a substrate that, following RCM, releases decanoic acid, which could be spontaneously incorporated into the lipid bilayer, resulting in the disappearance of lipid domains within the membrane. Genetic optimization of the ArM led to a 3-fold increase in catalytic activity, ultimately leading to the budding of a larger lipid domain.

生物化学工学
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