人工細胞で細胞変形の設計原理を解明

理化学研究所（理研） 生命医科学研究センター 構成的細胞生物学研究チームの宮﨑 牧人 チームディレクター（生命機能科学研究センター 構造生命科学／細胞生物学連携チーム 上級研究員、科学技術振興機構（JST） 創発研究者）、パデュー大学 生体医工学科のキム・テヨン 准教授（理研 生命医科学研究センター 構成的細胞生物学研究チーム 客員研究員）、ラボニ・スルタナ・ファーミダ 博士課程学生の国際共同研究チームは、アクチン細胞骨格を封入した人工細胞を用いて、細胞が示す膜変形の過程の再現に成功しました。さらに、その現象を詳細に再現できる大規模シミュレーターを開発し、膜変形を支配する物理法則を明らかにしました。

本研究成果は、細胞がどのように形を変えるのかという根本原理の理解につながる成果であり、がん細胞の浸潤など、細胞変形が関与するさまざまな生命現象の理解に貢献するだけでなく、本研究で開発した技術は、自律的に動いて分裂する人工細胞の開発など、合成生物学への応用が期待されます。

細胞は移動や分裂、アポトーシスと呼ばれるプログラムされた細胞死の際、細胞膜を局所的に膨らませるブレブと呼ばれる突起を形成します。しかし、細胞がどのようにブレブの大きさや数、発生場所を制御しているのかはよく分かっていませんでした。

今回、国際共同研究チームは、アクチンやミオシンなどの細胞骨格たんぱく質と細胞サイズのリポソーム（膜小胞）だけからなる最小構成系を構築し、自発的なブレブ形成の再現に成功しました。さらに実験と、細胞骨格の構造や力学特性を精密に取り入れた大規模シミュレーションを組み合わせることで、ブレブの大きさや数、発生場所を制御している力学原理を明らかにしました。

本研究は、科学雑誌「Science Advances」オンライン版（現地時間2026年7月29日付）に掲載されました。