【本学研究者情報】

〇大学院工学研究科　准教授　野村 M. 慎一郎
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 光を照射するだけで、人工細胞（GUV）^（注1）の中にあるmRNA^（注2）の量を増やしたり減らしたりできる分子システムを開発しました。
• 本システムは、2種類の光を使い分けることで、これまで困難だったmRNAの合成（アクセル）と切断（ブレーキ）の両方を制御することが可能です。
• 本成果は、「必要な時に、必要な場所で、必要な量だけ」薬効成分などを合成する分子ロボットの創出につながり、副作用を抑えたピンポイント治療など、未来の基礎医学への応用が期待されます。

【概要】

私たちの体の中では、DNAが持つ情報は一度mRNAという物質に写し取られ（転写）、それをもとにタンパク質が合成されています。役目を終えたmRNAは分解され、必要以上のタンパク質が作られないよう精巧に量が調節されています。こうした仕組みを人工的に再現・制御する研究では、これまで合成する働き（アクセル）の制御に焦点が当てられていました。しかし、不要になったmRNAを積極的に分解する仕組み（ブレーキ）が組み込まれておらず、タンパク質が作られ続けてしまうという課題がありました。

東北大学大学院工学研究科の岩田大地大学院生、野村 M. 慎一郎准教授は、名古屋大学、海洋研究開発機構（JAMSTEC）との共同研究により、光照射によって構造が変化する分子、アゾベンゼン^（注3）を修飾したDNAとRNA切断酵素RNase H^（注4）を組み合わせ、mRNAを作る働きと切断する働きの両方を光で同時に制御する機構を開発しました。この機構は細胞の脂質二重膜を再現した人工細胞の中でも機能することが確認されました。

本成果は、9月17日付で学術専門誌ChemSystemsChemに掲載されました。

【用語解説】

注1. 人工細胞（GUV）：脂質二重膜からなる細胞と同程度の大きさのカプセル。細胞膜と類似した構造を持ち、内部にDNAや酵素などを閉じ込めて細胞のような振る舞いを人工的に再現する研究に用いられる。

注2. mRNA：メッセンジャーRNA。DNAの遺伝情報がコピーされた核酸分子。タンパク質合成の設計図。

注3. アゾベンゼン：有機化合物の一種で、照射する光の波長によって構造が変化する。紫外線を照射すると折れ曲がった形（cis体）に、青色光を照射すると平面構造（trans体）に変化する。DNAに組み込むことで光照射によりDNA二重鎖の形成を制御することができる。

注4. RNase H：DNAと結合しているRNAだけを選択的に切断する酵素。本研究ではmRNAを積極的に切断して量を減らす役割を担っている。

【論文情報】

タイトル：Reversible Photocontrol of mRNA Synthesis and Cleavage for mRNA Concentration Switching Inside Artificial Cells
著者：岩田大地、村山恵司、小宮健、松林英明、安部桂太、浅沼浩之、村田智、野村 M. 慎一郎*
所属：東北大学大学院工学研究科ロボティクス専攻（岩田、安部、村田、野村）、東北大学 学際科学フロンティア研究所（松林）、名古屋大学大学院工学研究科（村山、浅沼）、海洋研究開発機構生命地球科学研究部門（小宮）
*責任著者：東北大学大学院工学研究科ロボティクス専攻 准教授　野村 M. 慎一郎
掲載誌：ChemSystemsChem
DOI：10.1002/syst.70057

詳細（プレスリリース本文）

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