光誘導性アゾベンゼントリメチルアンモニウム臭化物（アゾタブ）を介した巨大小胞融合と合成タンパク質翻訳反応と互換性

脂質巨大小胞は、脂質膜融合の物理化学的基礎を研究するための多用途の最小モデルシステムを表しています。膜融合プロセスは、細胞模倣行動には動的に相互作用するコンパートメントが必要なことが多い合成細胞研究にも関心があります。これらのアプリケーションでは、転写翻訳システムと互換性のあるトリガーされた融合が複雑さを達成する上で重要です。最近、感光性界面活性剤であるアゾベンゼントリメチルアンモニウム臭化物（アゾタブ）は、光誘導の立体構造変化により膜融合を誘導することが報告されています。イメージングフローサイトメーター（IFC）と共焦点顕微鏡を使用して、1-パルミトイル-2-オレイル-Sn-グリセロ-3-ホスファチジルコリン小胞の光誘導アゾタブ媒介融合を定量的に調査しました。IFC分析の結果は、最適化された条件でのアゾタブ添加とUV照射後、融合速度が約40％に達することができることを示しました。緑色の蛍光タンパク質をレポーターとして使用して、アゾタブ誘発小胞融合と合成細胞のないタンパク質翻訳システムとの間の互換性を確認しました。提示された技術により、細胞サイズの小胞融合を定量的に分析および最適化し、カプセル化されたプラスミドからタンパク質を発現する能力などの基本的な生物学的機能を備えた制御可能な合成細胞への道を開くことができます。

Lipid giant vesicles represent a versatile minimal model system to study the physicochemical basis of lipid membrane fusion. Membrane fusion processes are also of interest in synthetic cell research, where cell-mimicking behavior often requires dynamically interacting compartments. For these applications, triggered fusion compatible with transcription-translation systems is key in achieving complexity. Recently, a photosensitive surfactant, azobenzene trimethylammonium bromide (AzoTAB), has been reported to induce membrane fusion by a photoinduced conformational change. Using imaging flow cytometer (IFC) and confocal microscopy we quantitatively investigated photoinduced AzoTAB-mediated fusion of 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine vesicles. The IFC analysis result showed that the fusion rate could reach about 40% following AzoTAB addition and UV irradiation in optimized conditions. We confirmed the compatibility between AzoTAB-induced vesicle fusion and a synthetic cell-free protein translation system using green fluorescent protein as reporter. With the techniques presented, cell-sized vesicle fusion can be quantitatively analyzed and optimized, paving the way to controllable synthetic cells with fundamental biological functions like the ability to express proteins from encapsulated plasmids.