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Spatio-temporal imaging of hierarchical structures of Eukaryote cells by using coherent X-ray diffraction imaging

Research Project

Project/Area Number 19K21186
Project/Area Number (Other) 18H06061 (2018)
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund (2019)
Single-year Grants (2018)
Review Section 0701:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

Kobayashi Amane  国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (60824034)

Project Period (FY) 2018-08-24 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
KeywordsコヒーレントX線回折イメージング / 細胞イメージング / コヒーレント線回折イメージング
Outline of Research at the Start

コヒーレントX線回折イメージングは、マイクロメートルサイズの非結晶試料を数~数十ナノメートル分解能で可視化する構造解析手法である。実験では試料に対して干渉性の高いX線を入射し、試料からのX線回折強度パターンを記録する。本手法は試料に化学固定や染色が必要ないため、ありのままの構造丸ごとを解析できるという利点がある。本研究では複雑な空間階層構造を有する細胞をターゲットとして、大型放射光施設SPring-8及びX線自由電子レーザー施設SACLAにおいてコヒーレントX線回折イメージング実験を実施し、細胞分裂などにおける諸過程の構造変化を追うことで、細胞の機能構造を解明する。

Outline of Final Research Achievements

It is essential to visualize complicated hierarchical structures of biological cells for understanding why they can perform life activities. In this study, I developed sample preparation and machine control systems at a beamline in a synchrotron facility, SPring-8, in order to visualize whole cells with sizes of micrometers at resolutions of several tens nanometers by using coherent X-ray diffraction imaging analyses.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞の構造解析には蛍光顕微鏡や電子顕微鏡のように優れた顕微鏡法が定着している。しかし、これらの手法では細胞に固定や染色といった加工を施さないとμmから数十nmの空間階層構造を解析することが難しい。コヒーレントX線回折イメージングは、細胞の機能構造を損なうことなく、この空間階層を可視化する構造解析手法であり、顕微鏡法と組み合わせることで、生物学的研究を促進させることになると期待できる。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Methods and application of coherent X-ray diffraction imaging of noncrystalline particles2020

    • Author(s)
      Nakasako Masayoshi、Kobayashi Amane、Takayama Yuki、Asakura Kenta、Oide Mao、Okajima Koji、Oroguchi Tomotaka、Yamamoto Masaki
    • Journal Title

      Biophysical Reviews

      Volume: 12 Issue: 2 Pages: 541-567

    • DOI

      10.1007/s12551-020-00690-9

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Diffraction apparatus and procedure in tomography X-ray diffraction imaging for biological cells at cryogenic temperature using synchrotron X-ray radiation2018

    • Author(s)
      Amane Kobayashi, Yuki Takayama, Koji Okajima, Mao Oide, Takahiro Yamamoto, Yuki Sekiguchi, Tomotaka Oroguchi, Masayoshi Nakasako, Yoshiki Kohmura, Masaki Yamamoto, Takahiko Hoshi, Yasufumi Torizuka
    • Journal Title

      Journal of Synchrotron Radiation

      Volume: 25 Issue: 6 Pages: 1803-1818

    • DOI

      10.1107/s1600577518012687

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cryogenic Coherent X-ray Diffraction Imaging Techniques for Structural Analyses of Biological Cells and Cellular Organelles2018

    • Author(s)
      Kobayashi Amane、Takayama Yuki、Oroguchi Tomotaka、Okajima Koji、Oide Mao、Yamamoto Masaki、Nakasako Masayoshi
    • Journal Title

      Microscopy and Microanalysis

      Volume: 24 Issue: S2 Pages: 14-15

    • DOI

      10.1017/s1431927618012503

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 生物細胞の低温X線回折イメージング2018

    • Author(s)
      中迫雅由、高山裕貴、小林 周、山本隆寛、大出真央、岡島公司、苙口友隆、山本雅貴
    • Journal Title

      放射光

      Volume: 31 Pages: 189-201

    • NAID

      40021599633

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] コヒーレント X 線回折イメージング実験で得られる回折強度パターンの位相回復計算の高効率化2020

    • Author(s)
      小林周、高山裕貴、山本隆寛、大出真央、岡島公司、苙口友隆、山本雅貴、中迫雅由
    • Organizer
      第33回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] X線自由電子レーザーを用いたX線回折イメージング実験によるシアノバクテリアProchlorococcusの共通構造の可視化2020

    • Author(s)
      小林周、高山裕貴、平川健、岡島公司、大出真央、苙口友隆、乾弥生、山本雅貴、松永幸大、中迫雅由
    • Organizer
      第61回日本植物生理学会年会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 間期酵母核内における染色体の構造特徴と空間分布 XFEL-X線回折イメージングによる構造解析2020

    • Author(s)
      中迫雅由、山本隆寛、小林周、大出真央、岡島公司、高山裕貴、苙口友隆、山本雅貴
    • Organizer
      第33回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 間期酵母核内における染色体の構造特徴と空間分布XFEL-X線回折イメージングによる構造解析2020

    • Author(s)
      朝倉健太、山本隆寛、小林周、大出真央、岡島公司、高山裕貴、苙口友隆、山本雅貴、中迫雅由
    • Organizer
      第33回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] G1期酵母細胞核内における核酸分布のXFELX線回折イメージング2019

    • Author(s)
      中迫雅由、山本隆寛、小林周、大出真央、岡島公司、高山裕貴、苙口友隆、山本雅貴
    • Organizer
      第57回日本生物物理学会年会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞の低温コヒーレントX線回折イメージングトモグラフィー実験における計測手法の高度化2019

    • Author(s)
      小林周、高山裕貴、山本隆寛、朝倉健太、大出真央、大野哲、溝口陽太、岡島公司、苙口友隆、香村芳樹、山本雅貴、中迫雅由
    • Organizer
      第32回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Cryogenic Coherent X-ray Diffraction Imaging Techniques for Structural Analyses of Biological Cells and Cellular Organelles2018

    • Author(s)
      Kobayashi Amane、Takayama Yuki、Oroguchi Tomotaka、Okajima Koji、Oide Mao、Yamamoto Masaki、Nakasako Masayoshi
    • Organizer
      14th International Conference on X-ray Moicroscopy
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] コヒーレントX線回折イメージング実験における高効率データ収集法の開発2018

    • Author(s)
      小林周
    • Organizer
      第10回放射光学会若手研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] 低温X線回折イメージング・トモグラフィ -技術の確立(プレスリリース)

    • URL

      http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2018/181026/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-08-27   Modified: 2024-03-26  

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