外から来たDNAの細胞内侵入を感知するDNAセンサーを発見

2015年５月19日

国立研究開発法人 情報通信研究機構（NICT）

外から来たDNAの細胞内侵入を感知するDNAセンサーを発見
～DNAセンサータンパク質BAFの働きで外来DNAはオートファジーから免れる～

【ポイント】
■　細胞内に侵入したDNAはBAFの働きでオートファジーからの攻撃を回避することを発見
■　これまでブラックボックスだった細胞内での反応を可視化することに成功
■　細菌感染やウイルス感染過程の理解や遺伝子デリバリー・遺伝子治療法開発に貢献

　国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT、理事長: 坂内 正夫） (リンク ») は、未来ICT研究所において、細胞の有用な仕組みを発見しました。その仕組みとは、DNAセンサー分子BAFの働きで、ウイルス感染や遺伝子導入の際に持ち込まれる外来DNAが細胞内に侵入した時にオートファジーの攻撃から免れるというものです。今回、これまでブラックボックスだった外来DNAが細胞内に入った時の生体反応を明らかにし、BAFというタンパク質が核膜に似た膜構造をDNA周辺に作ることによって、オートファジーを抑制することを発見しました。
　この成果は、将来、埋め込み型の通信媒体を生体・細胞内に導入することを想定した新たな通信方法の創生に大きなブレークスルーとなります。また、DNAセンサー分子の発見が期待されていた免疫学の分野や、細菌感染やウイルス感染で起こる外来DNAの細胞内反応過程の解明が望まれている感染医学分野、遺伝子デリバリー・遺伝子治療分野などに貢献する成果です。
　なお、本研究成果は、2015年5月18日15:00（米国Eastern Time）に国際的科学誌「米国科学アカデミー紀要（PNAS）」オンライン速報版で公開されます。
(リンク »)

【背景】
　NICT 未来ICT研究所 バイオICT研究室では、ヒトを構成する約37兆個の細胞に働きかけを行う『究極のICT技術』の創出に向けて研究開発を行っています。様々な物質や情報が飛び交う細胞の仕組みや動作原理の解明についての研究はもとより、埋め込み型の通信媒体の開発を想定して、細胞内に生体‐非生体ハイブリッドマテリアルを導入し、細胞内に人為的に制御可能な微小空間を創生する取組を行ってきました。免疫学の分野では、外来DNAの侵入を感知するDNAセンサー分子の発見が待たれております。また、細菌感染やウイルス感染などの感染症の治療分野では、感染した細菌やウイルスのDNAが細胞内で、どのように処理されるか、長年にわたって不明のままとなっています。さらに、遺伝子治療の分野では、安全かつ高効率なDNAの細胞核伝送技術の早期開発が待ち望まれている状況にありました。

【今回の成果】
　今回、研究グループは、細胞内に侵入した外来DNAを検出する新たなDNAセンサー分子を発見しました。このDNAセンサー分子は、バリアーツーオートインテグレーションファクター（通称、BAF）と呼ばれるタンパク質です。DNAを取り付けたビーズ（DNAビーズ）を細胞内に取り込ませることによって、DNA侵入時に起こる生体反応を観察し、今までブラックボックスだった細胞の内部を可視化することに成功しました。
　これにより、我々は、BAFが外来DNAの周辺に核膜に類似した膜構造を集合させることで、オートファジーからの攻撃を回避するという仕組みを発見しました。
　これらの発見は、今後、免疫学の分野や、感染医学分野、遺伝子治療分野などに貢献するものと期待されます。

【今後の展望】
　今後、細胞内に制御可能な微小空間（「細胞核」を想定）を創る研究開発を行っていきます。BAFがオートファジーを抑制する仕組みを明らかにすることにより、安全かつ高効率な遺伝子デリバリーの実現を目指します。