細胞表面の突起がちぎれて生じる細胞外小胞はたんぱく質を高効率に送達していた ~遺伝子編集酵素も機能的に輸送可能に~ 老化やがんの研究を促進する発見に期待

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2025-12-08 奈良先端科学技術大学院大学,科学技術振興機構

奈良先端科学技術大学院大学と国内外の共同研究グループは、細胞突起(フィロポディア)がちぎれて生じる「突起由来細胞外小胞(EV)」が、従来のエンドソーム由来EVよりもはるかに高効率で機能的なたんぱく質を送達できる仕組みを明らかにした。研究チームは、突起由来EVが細胞間で実際に運搬するたんぱく質量を定量し、それが受容細胞の性質を変化させるのに十分であることを示した。さらに、細胞突起を形成する構造たんぱく質にゲノム編集酵素を融合させることで、編集酵素をEVへ高効率に搭載し、受容細胞へ送達できることも実証した。これにより、突起由来EVは、老化・がん研究で注目される細胞外小胞の中でも特に優れたたんぱく質運搬キャリアであることが示され、今後、細胞操作技術や治療応用に向けた基盤となると期待される。研究成果は Nature Communications に掲載された。

細胞表面の突起がちぎれて生じる細胞外小胞はたんぱく質を高効率に送達していた ~遺伝子編集酵素も機能的に輸送可能に~ 老化やがんの研究を促進する発見に期待
図 2 今回の研究:具体的な送達タンパク質の定量と改変(ゲノム編集酵素の挿入)

<関連情報>

突起由来細胞外小胞を介したタンパク質送達による効率的な細胞形質転換 Efficient cellular transformation via protein delivery through the protrusion-derived extracellular vesicles

Toshifumi Fujioka,Tamako Nishimura,Hiroki Kawana,Koichiro M. Hirosawa,Renta Yamakawa,Hani Sapili,Kayoko Oono-Yakura,Ryoya Nakagawa,Takanari Inoue,Osamu Nureki,Kenichi G. N. Suzuki & Shiro Suetsugu
Nature Communications  Published:08 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-66351-1

Abstract

Extracellular vesicles (EVs) mediate the transfer of intracellular proteins from producer to recipient cells. EVs originate either from plasma membrane protrusions or endosomes, with endosome-derived EVs being extensively studied and engineered. However, the efficiency and functionality of protein transfer via both types of EVs remain poorly understood. Here, we demonstrate that natural EVs derived from cell protrusions dependent on the I-BAR protein MIM, rather than from endosomes, deliver the functional small GTPase Rac1 protein at levels similar to microinjection. Rac1-containing EVs are internalized via endocytosis, trafficked through endosomal compartments, and subsequently released into the cytosol, where they enhance cell motility. To evaluate broader applicability, the genome-editing protein Cas12f is packaged into protrusion-derived EVs by MIM and endosome-derived EVs by endosomal tetraspanin CD63. Notably, protrusion-derived EVs deliver Cas12f with significantly higher efficiency than endosome-derived EVs, highlighting their superior capability for functional protein transfer. Our findings establish the protrusion-derived EVs as a powerful platform for the efficient and bioactive delivery of both native and engineered proteins, expanding the EV-based therapeutic strategies.

生物化学工学
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