Research Abstract
細胞サイズ・マイクロスフェアへの封入は遺伝子発現反応を加速させる
Cell-Sized confinement in microspheres accelerates the reaction of gene expression
2012年2月22日 Scientific Reports 2 : 283 doi: 10.1038/srep00283
脂質層で界面が覆われた油中水滴を用いて、脂質膜が細胞中の生化学系に与える影響を追究し、細胞サイズの空間内での反応の特異性を明らかにした。本論文では、GFP（緑色蛍光タンパク質）を合成する無細胞翻訳系を封入した細胞サイズの油中水滴内では、遺伝子発現が顕著に加速されることを見出した。各液滴中でのGFP産生速度（VGFP）を調べたところ、少なくとも約1日はほぼ一定となった。これは反応速度がゼロ次であることを示唆する。興味深いことに、液滴の半径（R）が50μm未満の場合、VGFPはRに反比例し、R～10μmの液滴中でVGFPは、バルク中よりも10倍余り大きくなった。また、細胞サイズの液滴中でのGFP産生の加速率は、脂質分子の頭の部分の構造に依存して変化することも明らかとなった。このような結果から、膜表面はタンパク質産生を促進する効果があり、特に封入空間の大きさが細胞のスケールとなると、その効果が顕著になることの結論が導かれる。
- 京都大学大学院 理学研究科
- 九州大学大学院 理学研究院
- 東北大学大学院 工学研究科
Cell-sized water-in-oil droplet covered by a lipid layer was used to understand how lipid membranes affect biochemical systems in living cells. Here, we report a remarkable acceleration of gene expression in a cell-sized water-in-oil droplet entrapping a cell-free translation system to synthesize GFP (green fluorescent protein). The production rate of GFP (VGFP) in each droplet remained almost constant at least for on the order of a day, which implies 0th-order reaction kinetics. Interestingly, VGFP was inversely proportional to radius of droplets (R) when R is under 50 μm, and VGFP in droplets with R ∼ 10 μm was more than 10 times higher than that in the bulk. The acceleration rates of GFP production in cell-sized droplets strongly depended on the lipid types. These results demonstrate that the membrane surface has the significant effect to facilitate protein production, especially when the scale of confinement is on the order of cell-size.
