解糖系とリン脂質合成系の結合による細胞分裂の試験管内再構成

通过结合糖酵解和磷脂合成系统体外重建细胞分裂

• 批准号: 22KJ2689
• 负责人: 佐藤 岳
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2689/
• 关键词: 合成生物学

ゲノム科学により、細胞に最低限必要な機能は解糖系、タンパク質合成系、細胞分裂系、ゲノム複製系であることが明らかになった。これらの生化学システムは、全て試験管内において再構成が達成されているため、これらを組み合わせることで生命そのものの再構成に迫ることができる。私は採用以前に、解糖系とタンパク質合成系の共役系を試験管内において再構成することに成功していた (G-PURE)。G-PUREは、解糖系が生産したエネルギーを使ってタンパク質を合成する。本研究課題では、G-PUREにリン脂質合成系を導入することによって、従来のリン脂質合成系の活性を向上し、細胞分裂を試験管内において再現することを目指している。今年度は、G-PUREの2つの問題を解決した。1つ目は、G-PUREの老廃物の蓄積に伴うpHの低下である。pH低下が合成タンパク質を阻害することが示唆されたため、老廃物を乳酸からエタノールへと変更した。変更にあたって、新たに2種類の酵素を精製し、最適濃度を検討した。これによってpHの低下を回避し、G-PUREのタンパク質合成量を約2倍に向上することができた。2つ目は、G-PUREのエネルギー源がグルコースではなくグルコース6リン酸 (G6P)である点である。多くの生命はグルコースを取り込んで代謝することでエネルギーや重要な生体分子を合成しているため、グルコースの取り込み機構は多く存在する。しかしG6Pの取り込み機構は存在しないため、G6Pをエネルギー源とするG-PUREは、外界から栄養を得ることができず、活動時間に限界があった。そこで、グルコースからG6Pを合成する酵素を導入することで、グルコースをエネルギー源とするG-PUREを構築した。グルコースを基質とすることで一時的にタンパク質合成量が低下したが、低分子組成を検討することでG6P使用時と同程度の活性を維持することができた。

ゲ ノ ム science に よ り, cell に minimalist な function necessary は solution of sugar, タ ン パ ク GeChengXi, cell division, ゲ ノ ム replication system で あ る こ と が Ming ら か に な っ た. こ れ ら の biochemistry シ ス テ ム は, whole て test tube に お い て reconstitution が reached さ れ て い る た め, こ れ ら を group み close わ せ る こ と で life そ の も の の forced to constitute に る こ と が で き る. Private は に, sugar solution have been と タ ン パ ク qualitative GeChengXi の is a total service を test tube に お い て reconstitution す る こ と に successful し て い た (G - PURE). G-PURE パ and glycolysis が produce たエネ たエネ ギ ギ を を を for the synthesis of ってタ <s:1> パ パ パ を を する する する する する を する する する する を する する する する. This research topic で は, G - PURE に リ ン lipid GeChengXi を import す る こ と に よ っ て, 従 の リ ン lipid GeChengXi の active を し upward, cell division を test tube に お い て reappearance す る こ と を refers し て い る. This year, the issues of を and G-PURE <s:1> 2 を を have been resolved and た have been solved. 1 廃 eye に, G-PURE <s:1> old 廃 material <e:1> accumulation に accompanied by う low pH <s:1> である. Low pH が synthetic タ ン パ ク qualitative を resistance against す る こ と が in stopping さ れ た た め, old 廃 を lactic acid か ら エ タ ノ ー ル へ と - more し た. The two types of enzymes, にあたって and たに, are refined by を and the optimal concentration is を検 to discuss た. こ れ に よ っ て low pH の を avoid し, G - PURE の タ ン パ ク quality synthetic quantity を about 2 times に upward す る こ と が で き た. 2 つ は, G - PURE の エ ネ ル ギ ー source が グ ル コ ー ス で は な く グ ル コ ー ス 6 リ ン acid (G6P) で あ る point で あ る. More く の life は グ ル コ ー ス を take り 込 ん で す metabolism る こ と で エ ネ ル ギ ー や important molecular を な raw body synthesis し て い る た め, グ ル コ ー ス の take り 込 み institutions は す more く る. し か し G6P の take り 込 み institutions exist は し な い た め, G6P を エ ネ ル ギ ー source と す る G - PURE は, outside か ら tech students.their ownship raise を must る こ と が で き ず に, activity time limit が あ っ た. そ こ で, グ ル コ ー ス か ら G6P を synthetic す る enzyme を import す る こ と で, グ ル コ ー ス を エ ネ ル ギ ー source と す る G - PURE を build し た. グ ル コ ー ス を matrix と す る こ と で transient に タ ン パ ク low quality synthetic quantity が し た が, low molecular composition を beg す 検 る こ と で G6P when using と を の activity to maintain the same extent す る こ と が で き た.

项目成果

サトウのPURE system

佐藤的PURE系统

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐藤岳;佐藤岳
• 通讯作者: 佐藤岳

Transitions in BIOCHEMICAL Systems: The State of Coupling Biochemical System is Transitioned by Competition for Common Elements

生化系统的转变：耦合生化系统的状态因共同元素的竞争而转变

• 发表时间: 2023
• 作者: Nishiyama;Haruka;Haruka NISHIYAMA;Gaku Sato
• 通讯作者: Gaku Sato

細胞の再構成に潜む落とし穴~共通要素効果とdATP問題~

细胞重建中隐藏的陷阱~共元效应与dATP问题~

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐藤岳

解糖系PUREで学ぶ無細胞分子システムのボトムアップ構築学

使用糖酵解 PURE 自下而上构建无细胞分子系统

• 发表时间: 2022
• 作者: Nishiyama;Haruka;Haruka NISHIYAMA;Gaku Sato;佐藤岳
• 通讯作者: 佐藤岳

In vitro reconstitution of glycolysis driven protein synthesis

糖酵解驱动的蛋白质合成的体外重建

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐藤岳;佐藤岳;Gaku Sato
• 通讯作者: Gaku Sato