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細胞核形成における分子機構についての研究

Research Project

Project/Area Number 23K21093
Project/Area Number (Other) 21H01876 (2021-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
Research InstitutionInstitute of Science Tokyo

Principal Investigator

藤芳 暁  東京工業大学, 理学院, 助教 (70371705)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 工藤 史貴  東京工業大学, 理学院, 准教授 (00361783)
志見 剛  金沢大学, ナノ生命科学研究所, 特任准教授 (60817568)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Keywords細胞 / 顕微鏡 / 物理化学 / 化学 / ラミン / 蛍光 / 核膜孔 / RNAP2 / 1分子イメージング / 蛍光顕微鏡 / クライオ蛍光顕微鏡 / 細胞核 / ナノレベルイメージング / 1分子観察 / 分子間相互作用 / 1分子 / 1分子分光 / ラミナ / ラミンA / クロマチン
Outline of Research at the Start

近年、クライオ電子線トモグラフィーによる単粒子解析の急速な発展により、精製たんぱく質の原子モデルを得ることが可能になってきた。し かし、細胞の機能を理解するには、細胞外(in vitro)の情報だけでは不十分である。細胞内部では、多種多様なたんぱく質が混在し、相互作 用することで分子ネットワークをつくって機能を発現しているからである。つまり、細胞の機能を理解するには、細胞内部(in vivo)で「生 体分子複合体がどこに局在し、どのような分子との相互作用があるか」を分子レベルでの観察が必要である。本課題はこの点に研究目標をしぼ って研究をおこなう。

Outline of Annual Research Achievements

近年、クライオ電子線トモグラフィーによる単粒子解析の急速な発展により、精製たんぱく質の原子モデルを得ることが可能になってきた。しかし、細胞の機能を理解するには、細胞外(in vitro)の情報だけでは不十分である。細胞内部では、多種多様なたんぱく質が混在し、相互作用することで分子ネットワークをつ くって機能を発現しているからである。つまり、細胞の機能を理解するには、細胞内部(in vivo)で「生体分子複合体がどこに局在し、どのような分子との相互作用があるか」を分子レベルでの観察が必要である。 生体分子は、分子間相互作用という近距離で働く力を利用して、大きさ数十ミクロンの細胞を形成してい る。しかし、細胞をナノメートルからミクロンまで継ぎ目なく観察できる顕微鏡が存在しないため、その詳細は良く分かっていない。そこで、研究代表者らは、 このような観察できる「超流動ヘリウム蛍光顕微鏡」の開発をおこなってきた。昨年、この顕微鏡を用いて、ナノレベルの1分子イメージングに成功した。本研究では、超流動ヘリウム蛍光顕微鏡で細胞核を観察する ことで、体細胞分裂期に起こる形態変化の様子を分子レベルで観察し、細胞核形成の分子機構について研究することを目的とする。 本年度は核膜孔タンパク質にハロタグをノックインした細胞を用いて、細胞の厚さと蛍光画像の像質の関係を丁寧に研究し、100 nm以下の凍結切片が「超流動ヘリウム蛍光顕微鏡」に最適であることがわかった。また、同様にRNAP2についても研究をおこなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

予定していた細胞の蛍光イメージングにも成功し、いよいよ来年度はクライオ1分子イメージングが可能になるところまで来ており、予定通りに研究が進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

超流動ヘリウム蛍光顕微鏡」、「クライオ1分子観察ための蛍光標識技術」、「最適な細胞の厚さの研究」と、クライオ1分子観察のための要素技術はそろったと言ってよい。来年度はこれらの技術を用いて、核膜とクロマチンの関係について研究をしたいと考えている。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (13 results) (of which Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Cryogenic single-molecule fluorescence detection of mid-infrared response of an intrinsic pigment in light-harvesting complex2023

    • Author(s)
      Kohei Otomo, Takehisa Dewa, Michio Matsushita, and Satoru Fujiyoshi
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B.

      Volume: 127 Issue: 22 Pages: 4959-4965

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.3c00284

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Superfluid helium nanoscope insert with millimeter working range2022

    • Author(s)
      Kamiya Naoki、Kuramoto Kazuki、Takishima Kento、Yumoto Tatsuya、Oda Haruka、Shimi Takeshi、Kimura Hiroshi、Matsushita Michio、Fujiyoshi Satoru
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 93 Issue: 10 Pages: 103703-103703

    • DOI

      10.1063/5.0107395

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Energy transfer fluctuation observed by single-molecule spectroscopy of red-shifted bacteriochlorophyll in the homodimeric photosynthetic reaction center2022

    • Author(s)
      Kondo Toru、Mutoh Risa、Arai Shun、Kurisu Genji、Oh-oka Hirozo、Fujiyoshi Satoru、Matsushita Michio
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 156 Issue: 10 Pages: 105102-105102

    • DOI

      10.1063/5.0077290

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Development of cryogenic 3D nanoscopy: Evaluation with DNA origami2023

    • Author(s)
      成瀬 寛太、松田 剛、溝内 雄太、中田 栄司、森井 孝、松下 道雄、藤芳 暁
    • Organizer
      日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] オルガネラコンタクトのナノレベル光電子相関観察2023

    • Author(s)
      頼田拓真, 長尾崇弘, 青山幸恵子, 平林祐介, 藤芳暁
    • Organizer
      分子生物学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Fluorescence labeling techniqe for cryogenic single molecule nanoscopy2023

    • Author(s)
      藏本和輝, 武藤慶, 宮崎龍也, 山口潤一郎, 松下道雄, 志見剛, 木村宏, 藤芳暁
    • Organizer
      分子生物学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 核内で転写過程を複合体レベルで見るために2023

    • Author(s)
      藤芳 暁
    • Organizer
      第 41 回染色体ワークショップ・第 22 回核ダイナミクス研究会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞内の1分子を三次元でナノレベル分解能で観察できるクライオ三次元ナノスコピーの開発2022

    • Author(s)
      成瀬寛太, 松田剛, 溝内雄太, 志見剛, 木村宏, 中田栄司, 森井孝, 松下道雄, 藤芳暁
    • Organizer
      日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 生体試料の3次元イメージングのための可変浸レンズを用いた光シート蛍光顕微鏡の開発2022

    • Author(s)
      湯本達也, 志見剛, 木村宏, 松下道雄, 藤芳暁
    • Organizer
      分子生物学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞内1分子ナノスコピーのための近赤外蛍光標識技術の開発2022

    • Author(s)
      藏本和輝, 武藤慶, 宮崎龍也, 山口潤一郎, 成瀬寛太, 神谷直輝,荒巻秀和, 松下道雄, 小田春佳, 志見剛, 木村宏, 藤芳暁
    • Organizer
      日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノレベルの精度を持つ光電子相関顕微鏡の要素開発:無冷媒クライオスタットを用いたサンプルホルダーのサブミリケルビン安定化2022

    • Author(s)
      賴田拓真, 松下道雄, 藤芳暁
    • Organizer
      日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノレベルの クライオ1分子イメージング2022

    • Author(s)
      藤芳 暁
    • Organizer
      第15回エピジェネティクス研究会年会 エピジェネティクス研究における技術開発
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 蛍光顕微鏡によって クロマチン構造を可視化できるか2022

    • Author(s)
      藤芳 暁
    • Organizer
      日本顕微鏡学会 第78回学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 近赤外蛍光プローブを利用した三次元ナノスコピー2021

    • Author(s)
      成瀬寛太, 武藤慶, 宮崎龍也, 山口潤一郎, 松田剛, 溝内雄太, 志見剛, 木村宏, 松下道雄, 藤芳暁
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 波動光学による光シート顕微鏡の照射系に関する研究2021

    • Author(s)
      湯本達也, 藤芳暁, 松下道雄
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 温度4 Kにおける光干渉計による試料ステージの安定化についての研究2021

    • Author(s)
      神谷直輝, 滝島研人, 藤芳暁, 松下道雄
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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