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金属ナノプローブを用いた分子モーターの運動と構造変化の高速1分子計測

Publicly Offered Research

Project AreaScience on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment
Project/Area Number 16H00858
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionOkazaki Research Facilities, National Institutes of Natural Sciences

Principal Investigator

飯野 亮太  大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 教授 (70403003)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2016: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Keywords分子モーター / 1分子計測 / 光学顕微鏡 / 1分子計測(SMD) / 分子機械
Outline of Annual Research Achievements

1.金ナノ粒子を用いた1分子計測の位置決定精度の改善:1分子計測における位置決定精度σは、理想的には像(点像分布関数)の広がりsと得られるフォトン数Nで決まる。sは200nm程度であり、1 Åの位置決定精度を達成するには400万個のフォトンが必要となる。しかし実際の計測では、画像のピクセルサイズaが有限で背景光の揺らぎ(標準偏差b)があることから、位置決定精度は理想的条件よりも劣る。我々は、上記のパラメーターを改善することで、波長532nmのレーザーで照明した直径40nmの金ナノ粒子の散乱像において、位置決定精度3Å、時間分解能0.5 msを達成した。
2.リニア分子モーターキチナーゼの高位置決定精度1分子計測:キチナーゼの1ナノメートルのステップを可視化することに成功した。また、様々な基質結合状態のキチナーゼのX線結晶構造解析を行った。さらに決定した構造を元に、全原子分子動力学シミュレーションを行った。これらの複合的な取り組みにより、キチナーゼの化学力学共役の素過程の詳細を解明することに成功した。
3.金ナノ粒子、銀ナノ粒子を用いたデュアルカラー1分子イメージング法の開発:金ナノ粒子と銀ナノ粒子のプラズモン共鳴の波長が大きく異なる。この性質を利用し、波長404nmと520nmのレーザーおよびデュアルビュー光学系を用いて金ナノ粒子、銀ナノ粒子を区別して同時に観察することに成功した。高速CMOSカメラと組み合わせることにより、ナノメートルの位置決定精度とマイクロ秒の時間分解能を達成した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Rate constants, processivity, and productive binding ratio of chitinase A revealed by single- molecule analysis2018

    • Author(s)
      Akihiko Nakamura, Tomoyuki Tasaki, Yasuko Okuni, Chihong Song, Kazuyoshi Murata, Toshiya Kozai, Mayu Hara, Hayuki Sugimoto, Kazushi Suzuki, Takeshi Watanabe, Takayuki Uchihashi, Hiroyuki Noji and Ryota Iino
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 20 Issue: 5 Pages: 3010-3018

    • DOI

      10.1039/c7cp04606e

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Rotation of artificial rotor axles in rotary molecular motors2016

    • Author(s)
      Baba M, Iwamoto K, Iino R, Ueno H, Hara M, Nakanishia A, Kishikawa J, Noji H, Yokoyama K
    • Journal Title

      Proc Natl Acad Sci USA

      Volume: 113 Issue: 40 Pages: 11214-11219

    • DOI

      10.1073/pnas.1605640113

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] One nanometer steps in the motion of a linear molecular motor Serratia marcescens chitinase A resolved by gold nanoprobe2017

    • Author(s)
      Ryota Iino and Akihiko Nakamura
    • Organizer
      The 61st Annual Meeting of the Biophysical Society
    • Place of Presentation
      New Orleans, USA
    • Year and Date
      2017-02-11
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High-speed single-molecule measurement of molecular motors with metallic nanoprobes2017

    • Author(s)
      Ryota Iino
    • Organizer
      KAKENHI International Symposium on "Studying the Function of Soft Molecular Systems"
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Chemo-mechanical coupling mechanisms of linear and rotary molecular motors revealed by high-speed single-molecule imaging analysis2017

    • Author(s)
      Ryota Iino
    • Organizer
      第55回生物物理学会年会シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 高速1分子イメージング解析で明らかとなったタンパク質分子モーターの化学力学共役機構2017

    • Author(s)
      飯野亮太
    • Organizer
      高分子討論会シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Intermediate states during the stepping motion of kinesin-1 revealed by high-speed single-molecule imaging with gold nanoprobes2016

    • Author(s)
      Ryota Iino
    • Organizer
      4th Kanazawa Bio-AFM Workshop
    • Place of Presentation
      KKR Hotel Kanazawa, Kanazawa, Ishikawa, Japan
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 金ナノプローブで生体分子の速いダイナミクスを観る2016

    • Author(s)
      飯野亮太
    • Organizer
      第25回バイオイメージング学会学術集会
    • Place of Presentation
      名古屋市立大、名古屋、愛知
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited

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Published: 2016-04-26   Modified: 2018-12-17  

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