理研，3次元細胞骨格の形成を光で自在に操作

理化学研究所は，細胞骨格を構成するアクチン分子を素材とした3次元構造を自在につくることができる3Dプリンターともいえる新技術を開発した（ニュースリリース）。

動物細胞の形態は，アクチン分子が繊維化してできた網目状のネットワークと，アクチンに結合するさまざまなタンパク質との相互作用によって調節されている。

これまでに多くのアクチン結合タンパク質の機能が明らかにされてきたが，アクチンネットワークの密度がアクチン結合タンパク質の機能をどのように制御するのかは明らかではなかった。

研究グループは，アクチンネットワークの形成に必要なタンパク質を精製し，試験管内で混合，再構成することで，ネットワークの密度が果たす役割を直接的に明らかにしようとした。生きた細胞内でのアクチンネットワークの密度は，細胞膜上に存在するNPFの密度によって調節される。

そこで研究グループは，細胞膜を模倣した人工脂質膜上へのNPFの集積量を操作できれば，アクチンネットワークの密度変化による影響を定量的に調べられるだろうと考えた。

光遺伝学を利用することで，脂質膜上へのNPFの集積だけでなく，その集積量を光照射の強さによって制御することができる。試行錯誤の結果，照射する光の強度を微弱な範囲内で変化させることで，異なる密度のネットワークを同一脂質膜上で形成させることに成功した。

次に研究グループは，アクチンネットワークの密度と代表的なアクチン結合タンパク質との関係性を調べた。まず選んだのが，細胞内で張力を生み出すアクチン結合タンパク質であるミオシン。ミオシンは比較的大きなフィラメントを形成することが知られている。

さまざまな密度のアクチンネットワークとミオシンを共存させた結果，わずか数倍のネットワーク密度の増加により，アクチンネットワークへのミオシンの入り込みが厳密に妨げられることが明らかになった。

さらに密度の勾配を持つ薄いシート状のアクチンネットワークを形成させることで，ミオシンを原動力としたアクチンネットワークの移動が人工脂質膜上で起きることも分かった。

次に選んだのは，アクチン繊維を分解する機能を持つコフィリン。コフィリンは比較的小さいアクチン結合タンパク質として知られており，これと一致するように，ネットワーク密度を問わずコフィリンはネットワーク内部に入り込めることが分かった。一方で，アクチン繊維の分解が高密度のネットワークにおいて顕著に抑制されることも発見した。

研究グループは，この研究成果は，アクチンが担う基本的な生命機能の理解とともに，生体親和性の高い分子ロボットのデザインへの応用にも貢献すると期待されるとしている。