東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系の上野隆史教授の研究グループは、細胞内で生じるタンパク質結晶化現象に着目し、細胞を分子レベルの3Dプリンターとして利用することで、目的の3次元構造を自動的に合成する手法を開発した。

タンパク質集合体材料は、薬物輸送や生体内ではたらく分子ロボットの基盤材料として注目されているが、望みの構造を作り出すことが困難とされていた。本研究では、カテプシンというタンパク質が細胞中で結晶化する際に、ファイバー状に並ぶことに着目した。この結晶内で隣接するカテプシン表面に存在するアミノ酸残基をシステインに置換することで、細胞から結晶を取り出した後に、空気中でシステイン同士を自動的に結合させることができた。その結果、結晶内から望みのファイバー構造を取り出すことに成功した。

今回開発した合成手法では、結晶化が単一の細胞内で完結するだけでなく、タンパク質精製などの煩雑な操作が完全に不要である。そのため、生体分子を用いる際の煩雑な操作性や長期安定保存の困難さを一挙に解決できるだけでなく、人工分子を一切使用しない持続可能なナノレベルのインテリジェント材料合成技術として期待される。また、DNAにより望みの構造と反応をプログラミングできるため、新たな機能分子合成技術として、様々な細胞内タンパク質結晶の集積構造を利用したドラックデリバリーやワクチンへの応用も期待される。

今回の成果は、新学術領域「発動分子科学」と文部科学省科研費の支援によるもので、総合化学分野において最も権威のある学術誌の一つである「アンゲヴァンテ・ケミー国際版（Angewandte Chemie International Edition、ドイツ化学会誌）」のオンライン版で4月23日（現地時間）に公開された。

詳しくはこちら