横川隆司 工学研究科准教授、磯崎直人 同特定研究員、Jennifer L. Ross マサチューセッツ大学アマースト校准教授、Taviare L. Hawkins ウィスコンシン大学ラクロス校准教授らの研究グループは、モータタンパク質であるキネシンと細胞骨格である微小管からなる「分子機械」を、微小流体デバイスと合わせて設計することで、目的地に狙い通りの微小管がたどり着くナノシステムを開発しました。
本研究成果は、2017年9月28日午前4時にアメリカ科学技術振興協会（AAAS）刊行の科学雑誌「Science Robotics」に掲載されました。
研究者からのコメント
左から、横川准教授、磯崎特定研究员
キネシンと微小管からなる「分子机械」は、ナノシステムにおける駆动源として利用されることが期待されてきましたが、その运动方向を思い通りに制御することは困难でした。本研究では、微小管の特性を改変することで、思い通りの场所へ微小管を输送できること、さらに、微小流体デバイス内で分离できることを示しました。今后は、この分子机械を「分子シャトル」として用いることで、タンパク质の分析装置や、がんマーカの検出机器など、高机能なナノシステムの开発が期待できます。また、本研究で确立した微小管の曲げ刚性评価手法は、分子机械が生体内で発挥する机能の解明にもつながるものであり、生物物理学への贡献も期待されます。
概要
细胞内では、四方八方に张り巡らされたレールとしての微小管の上をキネシンが运动することで、细胞分裂や细胞内物质输送などを実现しています。このキネシンと微小管の组み合わせを一つの「分子机械」とみなし、その駆动力を用いて対象の分子を输送するナノシステムの开発が行われてきました。これまで、キネシンを基板に固定し、「分子シャトル」としての微小管を运动させる方法が提案されてきましたが、その运动方向を思い通りに制御することは难しく、ナノシステムとして利用することは困难でした。
本研究グループは、微小管の电気的特性（电荷）および机械的特性（硬さ）を改変することで运动方向を制御し、3种类の微小管（硬い微小管、软らかい微小管、电荷が大きく软らかい微小管）をそれぞれ异なる场所へ输送できることを示しました。さらに、その运动にあわせて微小流体デバイスを设计し、微小管を电荷と硬さの差に応じて80％以上の精度で分离することに成功しました。これにより、「分子机械」と微小流体デバイスの融合によるナノシステムの设计法を提案しました。
図：微小管分离システムの模式図。微小管が特性（电荷?硬さ）に応じて自律的に异なる场所へ运动する。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
Naoto Isozaki, Hirofumi Shintaku, Hidetoshi Kotera, Taviare L. Hawkins, Jennifer L. Ross and Ryuji Yokokawa (2017). Control of molecular shuttles by designing electrical and mechanical properties of microtubules. Science Robotics, 2(10), eaan4882.
- 京都新聞（9月29日 29面）および日刊工業新聞（9月28日 30面）に掲載されました。
