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タンパク質を操作して、生きた細胞内で動く機械をつくりたい!

RESEARCHER
ActuAtorのイメージ図。

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CIDとLIDのイメージ図。

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iPOLYMERのイメージ図。

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CID(Chemically-inducible-dimerization)により、細胞内のタンパク質PFKLの局在が変わる映像。同じタンパク質を、細胞膜(左)やミトコンドリア(右)へと素早く「あつめる」ことができる。(ページ下部に動画があります))

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どんなタネ?

「タンパク質二量化操作技術」をつかい「タンパク質同士をくっつけてできること」を研究しています。たとえば、生きた細胞内でペプヂト鎖のゾル-ゲル相転移を起こす「iPOLYMER」を開発しました。ストレスを受けると細胞のなかでRNAやタンパク質が集まってできる「ストレス顆粒」という構造がありますが、iPOLYMERにより人工のストレス顆粒を細胞内につくる実験に成功しました。また、ActAというアクチンを重合させてフィラメントをつくらせるタンパク質をもちいて、細胞内で物理学的力を発生させる技術「ActA-based actuator=ActuAtor」を実現しました。これは“生きた細胞の中で動く機械”の第一歩ともいえます。

なぜ研究を始めた?

初めは非平衡物理学を専攻し、「生き物とはなにか」を考えるのが好きで、細胞内の分子、特にタンパク質の動きを数値化する研究していました。さらに生き物の仕組みを知るために生物学のラボに移り、生物学ではタンパク質の結合や解離が重要であることと、外から細胞を操作して、細胞の反応を見ているということに気づきました。もし細胞の中の分子の動きを操作できれば、生物学的に重要でありながら、まだメカニズムがわからない現象の解明に貢献できるかもしれないと考えました。今後、この細胞内のタンパク質複合体の操作技術を細胞「間」へ応用することも目指します。

なにを変える?

もし‟生きた細胞内の機械”を作り動かすことができれば、新しい可能性が開けます。一つは研究分野です。分子レベルの精密な生物学実験は、多くて数種類の分子を外に取り出して、厳密に条件をコントロールして行います。そうした実験と、実際の細胞という環境との間にはギャップがあり、細胞で初めて見ることができる生命現象がたくさんあります。“細胞内の機械”で生きた細胞の内部を操作できれば、このギャップを埋められるでしょう。もう一つは医療です。薬は分子に効くものが多いですが、もし細胞内部の構造を自由に操作できれば、「細胞の『工事』」で病気を治すことができるかもしれません。

なにが必要?

異なる専門分野の方の知見が必要です。細胞の中で動く機械をつくるのはタンパク質だけでは出来ないかもしれません。高分子ポリマーなど異なる材料をつかうことを考えていますが、さまざまな課題があります。まず精密にデザインして機械を作ること、さらにそのような大きな物体を細胞の中にいれることが難しいこと、さらにつくった機械の動きを生きた細胞内でみなくてはいけないこと、などです。そのような分野の専門家に、「こんなことが出来るか、どのようにしたらよいか」とぜひ相談したいです。

VIDEO MATERIAL
INTERVIEW
桂産直便
タンパク質を操作して、生きた細胞内で動く機械をつくりたい!

2022.03.22

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(元京都大学情報学研究科 准教授)