1細胞マイクロ分析システム:遺伝子発現から代謝までの階層的理解

• Project/Area Number: 21685008
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Analytical chemistry
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 珠玖 仁 Tohoku University, 環境科学研究科, 准教授 (10361164)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥27,560,000 (Direct Cost: ¥21,200,000、Indirect Cost: ¥6,360,000); Fiscal Year 2011: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2010: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000); Fiscal Year 2009: ¥13,520,000 (Direct Cost: ¥10,400,000、Indirect Cost: ¥3,120,000)
• Keywords: 1細胞解析 / 遺伝子発現 / レポーター遺伝子 / 代謝活性 / 初期胚

Research Abstract

本研究では、1細胞レベルでの核酸(DNA.RNA)、タンパク質の同時定量法を確立し、遺伝子発現から代謝経路を含む階層的理解を目標とする。分析システムの感度向上により、核酸-タンパク質修飾などエピジェネティックな発現制御に係る情報を得る。これにより、マウス初期胚の発生過程、iPS細胞など遺伝子導入系細胞の発現効率の評価、組織培養やマイクロデバイスを用いるオンチップ培養過程で遺伝子発現解析が可能となる。(1)損傷回復モデルおよび同調培養系で1細胞遺伝子発現解析を実施した。一般的に、大量細胞系と1細胞系で、遺伝子発現の結果は極めて良く一致した。損傷復培養では各種成長因子を添加し、スクラッチングにより形成した傷モデルのエッジ部分特異的に、膜受容体およびシグナル伝達の下流に位置するキナーゼのmRNA発現量が大量細胞系-1細胞系間で有意に異なることを見出した。同調培養系では、細胞周期感受性の蛍光プローブレポータータンパク質の発現を蛍光顕微鏡下で観察しながら、mRNA発現を1細胞レベルで定量することを試みた。(2)3次元培養系に適用可能な多機能プローブとして、リング電極-針状電極2電極系で顕微鏡観察下、細胞塊を構成する任意の1細胞を狙って電場破砕→mRNA回収・定量が可能であることを実証した。(3)DNAのGpCメチル化領域を検出するために、簡易型発光検出装置を搭載したパイロシーケンサを用いてDNA配列を解読するための基礎検討を実施した。

Research Products

• [Journal Article] Electrorotation chip consisting of three-dimensional interdigitated array electrodes (2011)
  • Author(s): K.Ino, et al., (他7名)
  • Journal Title: Sens.Actuat.B Volume: 153 Pages: 468-473
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An electrochemical device with microwells for determining the photosynthetic activity of a single cyanobacterium, 2011 (2011)
  • Author(s): M.Koide, et al., (他5名)
  • Journal Title: Sens.Actuat.B Volume: 153 Pages: 474-478
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantitative characterization of reporter gene expression at single-cell level with real-time RT-PCR, chemluminescence, fluorescence, and electrochemical imaging (2010)
  • Author(s): H.Shiku, et al., (他8名)
  • Journal Title: FEBS Lett. Volume: 584 Pages: 4000-4008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 呼吸活性を指標とした胚の品質評価-マウス胚移植試験の成績と産子の正常性について (2010)
  • Author(s): 横尾正樹, 伊藤-佐々木隆広, 珠玖仁, 末永智一, 阿部宏之
  • Journal Title: 産婦人科の実際 Volume: 59(9) Pages: 1375-1379
  • NAID: 40017287075
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 流路培養による微小環境の再現 (2010)
  • Author(s): 珠玖仁
  • Journal Title: 生物工学 Volume: 88 Pages: 533-533
  • NAID: 110007880950
• [Journal Article] 単一細胞由来mRNAの定量解析 (2010)
  • Author(s): 珠玖仁、伊野浩介、末永智一
  • Journal Title: Electrochemistry Volume: 78(10) Pages: 832-836
  • NAID: 10026969876
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrochemical Detection of Endotoxin Using Recombinant Factor C Zymogen (2010)
  • Author(s): K.Y.Inoue, K.Ino, H.Shiku, T.Matsue
  • Journal Title: Electrochem.Commun. Volume: 12 Pages: 1066-1069
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrochemical topography of a cell monolayer with an addressable microelectrode array (2010)
  • Author(s): Z.Lin, et al.
  • Journal Title: Chem.Commun. 46 Pages: 559-561
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Addressable Electrochemiluminescence Detection System Based on Redox-cycling of Ru(bpy)_3^<2+> (2010)
  • Author(s): Z.Lin, et al.
  • Journal Title: Chen.Commun. 46 Pages: 243-245
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chronoammmperometric characterization of secreted alkaline phosphatase from single cell entrapped in a poly(dimethylsiloxisane)microwell (2010)
  • Author(s): H.Shiku, et al.
  • Journal Title: Electrochimica Acta 55(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrochemical Single-Cell Gene-Expression Assay Combining Dielectrop horetic Manipulation with Secreted Alkaline Phosphatase Reporter System (2009)
  • Author(s): T.Murata, et al.
  • Journal Title: Biosens.Bioelectron. 25 Pages: 913-919
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transfected Single-Cell Imaging by Scanning Electrochemical Optical Microscopy with Shear Force Feedback Regulation (2009)
  • Author(s): Y.Takahashi, et al.
  • Journal Title: Anal.Chem. 81 Pages: 9647-9681
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three dimensional microelectrode array device integrating multi-channel microfluidics to realize manipulation and characterization of enzyme-immobilized polystyrene beads (2009)
  • Author(s): R.Kunikata, et al.
  • Journal Title: Sens Actual B 141 Pages: 256-262
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Electrochemical Reporter Assay Using HeLa Cells Transfected with Vector Plasmids Encoding Various Responsive Elements (2009)
  • Author(s): H.Shiku, et al.
  • Journal Title: Anal.Chim.Acta 640 Pages: 87-92
  • Peer Reviewed
• [Presentation] リング電極搭載型1細胞ウェルアレイデバイス (2011)
  • Author(s): 珠玖仁, 鈴木準也, 伊野浩介, 末永智一
  • Organizer: 電気化学会第78回大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学、神奈川県(大会は中止。要旨集のみ発行)
  • Year and Date: 2011-03-30
• [Presentation] Evaluation of mRNA and protein expresssions at single-cell level (2010)
  • Author(s): H.Shiku
  • Organizer: Pacifichem 2010
  • Place of Presentation: Convention Center, Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2010-12-19
• [Presentation] リング-リング電極搭載型多点計測デバイスによる細胞アッセイ (2010)
  • Author(s): 珠玖仁, 武田径明, 伊野浩介, 末永智一
  • Organizer: 2010年電気化学会秋季大会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学、神奈川県
  • Year and Date: 2010-09-02
• [Presentation] 電気化学顕微鏡SECMによる動物細胞内在性酵素の評価 (2010)
  • Author(s): 珠玖仁
  • Organizer: 電気化学会第77回大会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2010-03-30
• [Presentation] 多機能走査型プローブ顕微鏡システムによる1細胞マイクロ分析 (2010)
  • Author(s): 珠玖仁
  • Organizer: バイオプロセツシング研究会
  • Place of Presentation: (財)新世代研究所 会議室東京御茶ノ水
  • Year and Date: 2010-02-23
• [Presentation] 多機能ナノ走査型プローブ顕微鏡による1細胞分析法 (2010)
  • Author(s): 珠玖仁
  • Organizer: 宮城地区フロンティア化学講演会
  • Place of Presentation: ホテルクレセント、仙台市太白区
• [Presentation] 密閉系マイクロウェルアレイによる遺伝子導入HeLa細胞の電気化学的評価 (2009)
  • Author(s): 珠玖仁
  • Organizer: 2009年電気化学会秋季大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学、小金井
  • Year and Date: 2009-09-10
• [Presentation] Development of multi-functional probes for gene expression analysis at single cell leve (2009)
  • Author(s): 珠玖仁
  • Organizer: The Sixth International Forum on Post-genome Technologies(IFPT'6)
  • Place of Presentation: 中国北京
• [Presentation] Quantitative characterization of gene expression at single cell level combining reporter system with RT real-time PCR (2009)
  • Author(s): 珠玖仁
  • Organizer: APBioChEC'09
  • Place of Presentation: 神戸
• [Presentation] Monitoring respiration activity of mouse embryo on an integrated electrochemical microdevice (2009)
  • Author(s): 珠玖仁
  • Organizer: APBioChEC'09
  • Place of Presentation: 神戸