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クライオ蛍光顕微鏡による細胞核内構造の超微細イメージング

Publicly Offered Research

Project AreaChromatin potential for gene regulation
Project/Area Number 19H05255
Research Category

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

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

藤芳 暁  東京工業大学, 理学院, 助教 (70371705)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Keywords1分子観察 / クロマチン / 細胞 / 蛍光顕微鏡 / 1分子イメージング / 一分子観察 / エピゲノム / 細胞内部 / タンパク質 / 低温顕微鏡
Outline of Research at the Start

近年、生物顕微鏡の技術が飛躍的に進歩している。しかし、その中にも、細胞内部を分子レベルで画像化する方法は存在しない。そこで、研究代表者らは 15 年かけて、このような画像化 ができるクライオ蛍光顕微鏡の開発をおこなってきた。その結果、2017 年に、蛍光色素 (ATTO647N)の三次元位置を精度 1 nm で1分子観測することに世界ではじめて成功した。この 実験は細胞外で行われたものである。本研究ではこの技術を細胞内部の観察に応用することで、前人未踏の細胞内部の分子レベルイメージングを実現する。

Outline of Annual Research Achievements

近年、生物顕微鏡の技術が飛躍的に進歩している。しかし、その中にも、細胞内部を分子レベルで画像化する方法は存在しない。そこで、研究代表者らは 15 年かけて、このような画像化 ができるクライオ蛍光顕微鏡の開発をおこなってきた。その結果、2017 年に、蛍光色素 (ATTO 647N)の三次元位置を精度 1 nm で1 分子観測することに世界ではじめて成功した。この 実験は細胞外で行われたものである。本研究の目的はこの技術を細胞内部の観察に応用することで、前人未踏の細胞内部の分子レベルイメージングを実現することである。
上記のような目的に対して、2020年度はクライオ条件における細胞内観察に不可欠の可変浸レンズを開発した。厚みのある生体試料の観察には球面収差と呼ばれる大きな収差により画像が歪むことが知られている。可変浸レンズはこの球面収差をゼロに出来る光学素子である。我々は当該領域の研究代表である木村宏博士と共同して、可変浸レンズの実証をおこなった。その結果、実証に成功し、原著論文も報告している。さらに、2019年度に報告した「1分子ナノスコピー」の続報として、DNAオリガミを用いて定量的に1分子ナノスコピーの結果をまとめた原著論文を報告した。さらに、細胞内観察に不可欠な技術として、蛍光プローブの開発にも挑戦した。その結果、非特異的吸着が少ない蛍光プローブの開発に成功した。いよいよ、この3つの技術を用いて、来年度は前人未踏の細胞内部の分子レベルイメージングを実現する。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Invited: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Variable immersion microscopy with a high numerical aperture2021

    • Author(s)
      Keita Ishida, Kanta Naruse, Yuta Mizouchi, Yoshihiro Ogawa, Michio Matsushita, Takeshi Shimi, Hiroshi Kimura, Satoru Fujiyoshi
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 46 Issue: 4 Pages: 856-859

    • DOI

      10.1364/ol.416006

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cryogenic Single-Molecule Spectroscopy of the Primary Electron Acceptor in Photosynthetic Reaction Center2020

    • Author(s)
      T. Kondo, R. Mutoh, H. Tabe, G. Kurisu, H. Oh-oka, S. Fujiyoshi, and M. Matsushita
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. Lett.

      Volume: - Issue: 10 Pages: 3980-3986

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c00891

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cryogenic Far-Field Fluorescence Nanoscopy: Evaluation with DNA Origami2020

    • Author(s)
      Furubayashi Taku、Ishida Keita、Nakata Eiji、Morii Takashi、Naruse Kanta、Matsushita Michio、Fujiyoshi Satoru
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 124 Issue: 35 Pages: 7525-7536

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c04721

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Aberration-corrected cryogenic objective mirror with a 0.93 numerical aperture2019

    • Author(s)
      Fujiwara Masanori、Ishii Takaki、Ishida Keita、Toratani Yasuharu、Furubayashi Taku、Matsushita Michio、Fujiyoshi Satoru
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 115 Issue: 3 Pages: 033701-033701

    • DOI

      10.1063/1.5110546

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nanometer Accuracy in Cryogenic Far-Field Localization Microscopy of Individual Molecules2019

    • Author(s)
      Furubayashi Taku、Ishida Keita、Kashida Hiromu、Nakata Eiji、Morii Takashi、Matsushita Michio、Fujiyoshi Satoru
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 10 Issue: 19 Pages: 5841-5846

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.9b02184

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 液中の深いところの顕微観察を可能にする可変浸レンズ2021

    • Author(s)
      成瀬寛太、石田啓太、溝内雄太、松下道雄、志見剛、木村宏、藤芳暁
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 可変浸レンズ:実験とシミュレーション2020

    • Author(s)
      成瀬寛太、石田啓太、溝内雄太、松下道雄、志見剛、木村宏、藤芳暁
    • Organizer
      分子科学会 オンライン討論
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 反応性FRETペアによる細胞内標識2020

    • Author(s)
      溝内雄太、成瀬寛太、松下道雄、工藤史貴、佐藤優子、木村宏、藤芳暁
    • Organizer
      分子科学会 オンライン討論
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 超流動ヘリウム1分子分光で見たタンパク質の中の水素結合2020

    • Author(s)
      藤芳暁
    • Organizer
      量子生命科学会第二回大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Single-molecule nanoscopy by using cryogenic fluorescence microscopy2020

    • Author(s)
      藤芳暁
    • Organizer
      日本顕微鏡学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 三次元カメラ共焦点クライオ(C3)蛍光顕微鏡2019

    • Author(s)
      藤芳 暁
    • Organizer
      放射線影響学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 開口数0.93の収差補正クライオ対物鏡の開発2019

    • Author(s)
      石井啓暉, 虎谷泰靖, 藤原正規, 石田啓太, 藤芳暁, 松下道雄
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 高開口数蛍光顕微鏡の界面屈折に由来する収差の研究:メニスカスレンズによる収差補正2019

    • Author(s)
      石田啓太, 藤芳暁, 松下道雄
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 温度安定化循環水によるクライオ蛍光顕微鏡のナノレベル安定化2019

    • Author(s)
      滝島研人, 古林琢, 松下道雄, 藤芳暁
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] クライオ蛍光顕微鏡による分子確度イメージングの実現2019

    • Author(s)
      古林 琢、中田栄司、森井孝、藤芳暁、松下道雄
    • Organizer
      分子科学討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 三次元カメラ共焦点顕微鏡によるクライオ1分子イメージング2019

    • Author(s)
      松田剛、古林 琢、松下道雄、藤芳暁
    • Organizer
      分子科学討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] DNAオリガミを用いたクライオ超解像蛍光イメージング用色素の探索2019

    • Author(s)
      溝内雄太、石井啓暉、中田栄司、森井孝、藤芳暁、松下道雄
    • Organizer
      分子科学討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光学顕微鏡及び試料基板ホルダ2021

    • Inventor(s)
      藤芳 暁、石田啓太
    • Industrial Property Rights Holder
      藤芳 暁、石田啓太
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 顕微鏡2020

    • Inventor(s)
      藤芳暁、石田啓太
    • Industrial Property Rights Holder
      藤芳暁、石田啓太
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2020
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2021-12-27  

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