液-液相分離を用いた二元系高分子水溶液中での自己発生プロトセルの創製

Self-Emergent Protocells Generated in an Aqueous Solution with Binary Macromolecules through Liquid-Liquid Phase Separation.

• Hiroki Sakuta
• Fumika Fujita
• Tsutomu Hamada
• Masahito Hayashi
• Kingo Takiguchi
• Kanta Tsumoto
• Kenichi Yoshikawa

抄録

近年、細胞内部の微細構造の生成メカニズムとして、液-液相分離（LLPS）が生命科学分野の研究者の間で注目されています。LLPSは、複数の非特異的相互作用を介して発生し、常に二元系高分子溶液とのキーロック相互作用を必要としない。LLPSの顕著な特徴は、特定の化学システムを分離し、それによって生きている細胞の限られた空間内で複数の化学反応を並列化する能力で、その結果、溶質の不均一な局在と濃度が含まれています。我々は、リン脂質の存在下で、ポリエチレングリコール（PEG）とデキストランという高分子を用いて、LLPSの性質を示す細胞サイズのリポソームを水溶液中で自発的に形成することを報告している。この系では、高分子の枯渇効果によりLLPSが生成される。その結果、リン脂質層に包まれたDNAを巻き込んだ細胞状の微小液滴が自己組織化して出現することを明らかにした。

Recently, regarding plausible mechanisms for the generation of microstructures inside cells, liquid-liquid phase separation (LLPS) has attracted considerable attention among researchers in the life sciences. LLPS occurs through multiple nonspecific interactions and does not always require a key-lock interaction with a binary macromolecular solution. The remarkable features of LLPS include the non-uniform localization and concentration of solutes, resulting in the ability to isolate certain chemical systems and thereby parallelize multiple chemical reactions within the limited space of a living cell. We report that in the presence of phospholipids, cell-sized liposomes are spontaneously formed in an aqueous solution, which exhibit the properties of LLPS, by using the macromolecules polyethylene glycol (PEG) and dextran. In this system, LLPS is generated through the depletion effect of macromolecules. The results showed that cell-like micro-droplets entrapping DNA wrapped by a phospholipid layer emerge in a self-organized manner.

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