【研究領域課題番号】19K12762 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超解像 / 酸素分圧 / イメージング / 代謝 / バイオイメージング / シングルセル / 空間分解能 / 細胞

【研究成果の概要】

回折限界を超える空間分解能で生細胞内の酸素濃度情報を可視化する手法の確立を目的とした．ガウシアンビームを分岐して一方で中空ビームを生成し，それぞれで対象を2次元走査し，得られた画像の差分を取ることで超解像を得た．まず，差分過程における輝度情報損失が少なく，高い空間分解能を得るための光学条件を決定し，実測実験からおよそ100 nmの分解能を達成した．さらに酸素分圧の定量に必要なリン光寿命を高速決定するアルゴリズムを適用した．以上より，提案法は簡便かつ高速に生細胞の超解像蛍光画像を得る手法として有効であることを示した．

【研究の社会的意義】

肺で取り込まれた分子状酸素は血管から抹消組織に拡散によって移動し，細胞内のミトコンドリアで消費されてエネルギー産生に利用される．その細胞内の局所空間における酸素濃度情報がどのように生理機能や病態に関わるのか大変興味深いが，測定技術の欠落から未解明のままである．この研究では細胞内の酸素濃度情報を光学的に取得するための方法を提案し，数値シミュレーションと実測実験から有効性を実証した．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】分析化学

【研究領域課題番号】16H04162 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

RNA / 1分子計測(SMD) / ナノバイオ / イメージング / 細胞 / 蛍光プローブ / バイオイメージング / １分子計測(SMD)

【研究成果の概要】

本研究では独自開発したRNA標識技術mPUMテクノロジーを用いて、生細胞内RNAを1分子レベルから1細胞レベル、短時間の動態から長時間の可視化解析までを実現する分子ツール群の開発を目指した。1分子レベル・短時間の動態観察では二分割緑色蛍光タンパク質を用いたプローブを作製し、テロメア反復配列含有RNA(TERRA)と染色体テロメア領域、テロメア関連タンパク質の同時1分子追跡を実現し、未知の機能モデル構築に至った。1細胞レベル・長時間RNA可視化検出プローブとしては、二分割発光タンパク質を用いたプローブを開発した。本プローブを用いて1細胞解像度で数10分間のβアクチンmRNA可視化検出を実現した。

【研究の社会的意義】

近年様々な細胞生理機能について、RNAの動態や局在の直接関与が知られている。一方生細胞内RNAの動態・局在の可視化解析法は極めて限られていた。また、RNAは遺伝子発現の一次産物であり、生細胞内RNAの可視化定量法開発はすなわち非破壊的な遺伝子発現解析法の創出と言える。本研究では独自に構築したmPUMテクノロジーを用いて、1分子解像度での生細胞内RNA動態解析から、数10分間にわたる1細胞解像度RNA可視化定量法を構築した。すなわち本研究の成果により、生細胞内のRNA機能について1分子単位・秒単位の現象から細胞ごとに特徴が現れる長時間の遺伝子発現までを可視化解析する分析技術群の構築が実現した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【研究分野】生物物理学

【研究領域課題番号】24227005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

走査プローブ顕微鏡 / 1分子計測・操作 / バイオイメージング / タンパク質 / 細胞 / ダイナミクス / AFM / 走査型イオン伝導顕微鏡 / 構造生物 / １分子計測・操作 / 1分子計測 / 生物物理 / ナノバイオ / 生体分子 / 原子間力顕微鏡 / 高速AFM / イメージング / 細胞内オルガネラ / 機能動態

【研究成果の概要】

三つの課題に取り組んだ。課題1では、既に確立した高速AFMを利用して多様な蛋白質系で起こる動的プロセスを観察し、機能メカニズムに迫るとともに、従来技術では困難な天然変性蛋白質の構造解析が高速AFMで可能であることを実証した。課題2では、振動を起こさずに広域を高速走査する技術やイメージング中に試料を操作可能なインターラクティブ高速AFMを開発し、その有効性を実証した。また、カンチレバー走査方式の高速AFMと蛍光顕微鏡との複合機を開発し、蛍光像と高速AFM像の同時取得を実現した。課題3では、非接触観察可能な走査型イオン伝導顕微鏡の高速化に向け要素技術を開発し、約100倍の高速化に成功した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2012-05-31 - 2017-03-31

【配分額】215,540千円 (直接経費: 165,800千円、間接経費: 49,740千円)

【研究分野】生物機能・バイオプロセス

【研究領域課題番号】24360336 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

antibody / fluorescence quenching / immunoassay / cell-free translation / biochip / protein engineering / chemical biology / bioimaging / バイオテクノロジー / バイオセンサー / イメージング / 抗体工学 / 細胞分化 / 免疫測定 / 蛍光エネルギー移動 / 蛍光消光 / バイオイメージング / バイオチップ / 臨床診断

【研究成果の概要】

我々が最近開発した，部位特異的に蛍光修飾した組換え抗体断片を使って各種抗原検出を高感度かつその場で迅速に行うことができる，新規免疫測定素子Quenchbody (Q-body)の基礎原理の確立と，各種の応用を目的として検討を行った。
従来の無細胞系に加えて細胞系でのFab型Q-body合成に成功し，これらを用いて新規な色素の発見，新規な修飾部位の発見，GFP変異体を用いた遺伝子にコードされたQ-body構築原理の発見，ビーズを用いたアッセイの成功，細胞分泌ペプチドの顕微可視化の成功，抗体以外のタンパク質を用いた同様の検出素子(Q'-body)の構築の成功，といった成果を得た。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円)