| Project/Area Number |
23K23847
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| Project/Area Number (Other) |
22H02583 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43040:Biophysics-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
原田 慶恵 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (10202269)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
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| Keywords | 細胞内温度計測 / 細胞分化 |
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| Outline of Research at the Start |
我々は、高性能蛍光性高分子温度センサーと蛍光寿命イメージング顕微鏡を用いて、生細胞内の温度分布を観察する方法を開発した。この技術により、核の温度が細胞質の温度より高いことや一部のミトコンドリアの温度が高いことが明らかになった。これらの発見は、細胞が局所的な温度変化を通じて機能を制御している可能性を示唆している。そこで我々は細胞の分化過程における細胞内の温度の役割について検討し、細胞が熱産生をコントロールし、分化を調節するメカニズムの解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
PC12細胞は神経成長因子(NGF)を添加すると、そのおよそ6時間後から神経突起の伸長を開始し、その後突起伸長は24時間以上継続する。これまでの実験でNGF添加24時間後の細胞内温度は、核内、細胞質内ともにおよそ1℃上昇することがわかっている。また、神経突起の長さが長い細胞は、より核の温度が高い傾向が見られた。以上のことから核内における発熱が神経突起の伸長に関与する可能性が示唆される。そこで、核内を赤外線レーザーで局所加熱し、神経突起の長さ変化を調べることにした。細胞内の局所加熱には、すでに設置済みの波長1475 nmの赤外線レーザーを用いた。まず、赤外線レーザーパワーと上昇温度、温度上昇を起こす細胞内領域の大きさなどの関係を定量し、赤外線レーザーによる加熱法を確立した。その後、実際に標的細胞の核内の局所を加熱し、細胞分化にどのような変化が起こるか調べた。NGF添加直後から1時間+2℃から＋5℃まで様々な温度差で加熱した結果、NGF添加24時間の神経突起の長さはより大きな温度差で加熱した細胞の方が長くなった。+3℃の条件で、加熱時間を10分、20分、30分、1時間と変えたところ、加熱時間が30分の時、最も突起の長さが長くなることが分かった。さらに、加熱のタイミングを、細胞が神経突起の伸長を開始するNGF添加6時間後から30分間としたところ、NGF添加直後から30分間加熱した時よりもNGF添加24時間後の神経突起の伸長の効果は小さかった。以上のように核内の局所加熱の実験から、細胞内温度が細胞の分化に影響を及ぼすことを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実施計画通り、波長1475 nmの赤外線レーザーを用いて、レーザーパワーと上昇温度、温度上昇を起こす細胞内領域の大きさなどの関係を定量し、赤外線レーザーによる細胞内加滅法を確立し、細胞核内を加熱時間、加熱温度、加熱のタイミングを変えたときに、神経突起伸長がどのように変化するかについて、体系的に調べることで、細胞内温度と分化の関係を明らかにすることができたから。
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| Strategy for Future Research Activity |
赤外線レーザーを使った細胞内局所加熱法では、加熱領域は直径2～5マイクロメートルの円形である。細胞の大きさと比べ、加熱領域が広く、細胞内温度シグナリングを調べる手段として不十分である。そこで、光学顕微鏡の空間分解能程度の領域を局所加熱する方法や、特定の細胞小器官を加熱する方法の開発を試みる。また、加熱している局所の細胞内温度変化と細胞の応答の相関を理解し、温度シグナリング機構を解明するために、加熱領域が実際に何度に加熱されているのか、できるだけ正確な温度を計測する方法の開発も行う。具体的には、マイナスに荷電した窒素-格子空孔中心(NVC)を含む蛍光ナノダイヤモンド(FND)粒子を温度センサーとして用いる。ダイヤモンド結晶中のNVCは、560 nm付近の光で励起され600～800 nmの蛍光を発する。NVCの蛍光遷移過程には電子スピン共鳴に関与するエネルギー準位も含まれるため、共鳴周波数の高周波を照射し、磁気共鳴を起こすと蛍光強度が減少するというユニークな性質を持つ。周波数を変えながら高周波を照射したときの蛍光強度の変化を、光検出磁気共鳴(ODMR)スペクトルと呼ぶ。蛍光強度が最も低くなる高周波周波数の値(D)は温度上昇に伴い、小さい値となる。またその関係は数℃～数十℃の範囲で直線関係にある。本研究では、このFNDの表面をポリドーパミン(PDA)で修飾することで、細胞内での局所加熱と温度計測を同時に行う方法の確立を目指す。
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Report
(1 results)
Research Products
(11 results)
