生細胞内単一特定蛍光タンパク分子の時間分解分光
【研究分野】応用光学・量子光工学
【研究キーワード】
生細胞 / フェムト秒レーザー / 蛍光タンパク質 / 非線形光学 / 誘導パラメトリック発光 / 顕微鏡 / 生体分子追跡 / タンパク質 / 干渉 / 4光波混合 / 超短光パルス / 3次元走査 / 分光画像 / 生細胞観察 / 可視化
【研究成果の概要】
ヒトゲノムの解析がほぼ完了した現在,生命機能の物質的基盤であるタンパク質の機能とその発現メカニズム,複数のタンパク質分子間の相互作用,細胞内の複合的なタンパク質ネットワークの解析に関する研究が注目を集めている.こうしたタンパク質研究の推移の中で,複数のタンパク質の相互作用を明らかにする研究手法として現在特に注目を集めつつあるのが,非侵襲の可視化法を用いたタンパク質分子間の相互作用の解析である.
本研究では,光エレクトロニクスの専門家とバイオサイエンスの専門家が連携し,タンパク質の分子間相互作用を解析するための新しい光学的手法を探ることを目的とした.研究開始当初の狙いは,蛍光タンパク質のフェムト秒時間分解分光を通じて得られる知見を基に,蛍光タンパク質の発光強度を高める試みをすることであった.しかし,研究開始後,蛍光変換タンパク質Kaedeに対してフェムト秒レーザー照射による蛍光変換に成功し,本手法が生細胞中の単一小器官の機能解析に極めて有用であることが判った.また,二波長のフェムト秒レーザーパルスを活用し,蛍光タンパク質を必要としない,新しい生細胞内部観察法として,誘導パラメトリック発光顕微法の可能性を見出し,本顕微法を用いたバイオイメージングの研究を進めた.更に,スペクトル干渉法を用いる誘導パラメトリック発光信号の高感度検出法の開発や,非生物試料の3次元屈折率分布測定法への応用にも成功した.また,誘導パラメトリック発光顕微法で有効と考えられる,数サイクル領域の超短光パルスを使用するための分散補償法を提案した.以上を通じ,タンパク質の分子間相互作用の解析に有用な手法として,フェムト秒レーザーを活用する新しいアプローチを提案し,その有用性を実証できたと考えている.
【研究代表者】