ビタミン「ビオチン」を細胞へ迅速・効率的に届ける新手法を開発~バイオテクノロジー技術の改良や遺伝性代謝異常症治療への応用に期待~

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2025-12-23 広島大学

広島大学と理化学研究所などの研究チームは、ビタミンB群の一種ビオチンを細胞内へ迅速・高効率に供給できる新手法として、膜透過性を高めたビオチン誘導体「ビオチンメチルエステル(BME)」を開発した。通常のビオチンはSMVT輸送体に依存し取り込みが遅く、RUSH法など生細胞内ビオチン投与を要する技術が即時に機能しにくい課題があった。BMEは電荷を持たず細胞膜を直接通過し、細胞内で速やかに加水分解されビオチン濃度を急上昇させることで、RUSHの輸送開始やTurboID等によるビオチン化を高速化した。SMVT欠損が関与する遺伝性代謝異常症へのビオチン供給(プロドラッグ)としての応用も期待される。成果はCommunications Biologyに掲載。

ビタミン「ビオチン」を細胞へ迅速・効率的に届ける新手法を開発~バイオテクノロジー技術の改良や遺伝性代謝異常症治療への応用に期待~
図 ビオチンメチルエステル (BME)による細胞内への迅速なビオチン供給と応用

<関連情報>

ビオチンメチルエステルはRUSHシステムにおける貨物の放出を促進し、TurboIDによる迅速なビオチン化を可能にする Biotin methyl ester enhances cargo release in RUSH system and enables rapid biotinylation with TurboID

Taisei Uehara,Arata Takiguchi,Takuro Tojima,Akihiko Nakano,Shion Kagawa,Tatsuo Nehira,Takunori Satoh & Akiko K. Satoh
Communications Biology  Published:16 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s42003-025-09176-4

Abstract

Biotin-streptavidin technology is a key tool in biotechnology. The engineering of streptavidin or streptavidin-like molecules and organic synthesis of biotin derivatives offer a variety of applications to meet the needs of researchers. Here, we report that owing to its masked charged carboxyl group, biotin methyl ester (BME) improves cell penetration and allows the retention using selective hooks (RUSH) system to initiate cargo release promptly and uniformly in all cells. In addition, because of the rapid hydrolysis of BME to biotin inside cells, BME enabled faster biotinylation than biotin, by the promiscuous biotin ligase TurboID. These properties allow BME to act as a biotin prodrug, enhance the RUSH system and TurboID, and highlight the potential of biotin-streptavidin technology for numerous applications in living cells. Additionally, BME may be a good biotin supplement for patients with multivitamin-responsive inherited metabolic disorders.

有機化学・薬学
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