内在性mRNAの一分子イメージングによるRNA代謝機構の解明

• Project Area: Molecular Science for Nanomedicine
• Project/Area Number: 26107704
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡部 弘基 東京大学, 薬学研究科(研究院), 助教 (20455398)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: mRNA / 一分子イメージング / ストレス顆粒 / RNA代謝

Outline of Annual Research Achievements

これまでに、生細胞内における蛍光標識アンチセンス2'O-methyl RNAプローブのmRNAとの相補結合に伴う拡散運動の変化に着目した新規検出法を開発した。細胞内におけるRNA代謝のダイナミクスとメカニズムを解明するには、個々のmRNAの受ける制御（分解や翻訳抑制）を細胞内の局所環境において直接観察することが必須である。そこで、本研究ではこれまでに開発したアンチセンスプローブによる内在性mRNAの定量的検出法を応用して内在性mRNAの一分子イメージング法を開発し、これにより細胞内RNA代謝のダイナミクスとメカニズムを詳細に明らかにすることを目的とした。
生細胞内におけるmRNAを一分子感度で可視化するには、高い親和性を有するアンチセンスプローブが必要である。まず、GAPDH mRNAを標的として、高親和性のアンチセンスプローブを設計した。次に、光褪色後蛍光回復（FRAP）による細胞内アンチセンスプローブの拡散速度の定量解析から、生細胞内において標的mRNAとの結合率を定量的に評価する方法を開発した。これを用いた生細胞内での結合能のスクリーニングおよび得られたプローブ配列と結合能の考察を繰り返すことで、標的mRNAに対し高い結合率を示すプローブ並びに高親和性プローブ配列の一般則を得た。
次に、高親和性アンチセンスプローブを用いた細胞内mRNAの一分子検出に取りくんだ。mRNA由来の信号を高い信号－背景比で検出する工夫を取り入れることで、COS7細胞の細胞質内GAPDH mRNAの一分子イメージングに成功した。この方法を用いることで、ストレス環境において形成するストレス顆粒（SG）内のmRNAの一分子追跡に応用した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] ASK1 signaling regulates brown and beige adipocyte maturation (2016)
  • Author(s): Kazuki H, Naguro I, Okabe K, Funatsu T, Furutani S, Takeda K, and Ichijo H
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Issue: 1 Pages: 11158-11158
  • DOI: 10.1038/ncomms11158
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fluorescent polymeric thermometer (2015)
  • Author(s): 岡部弘基
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 66 Issue: 2 Pages: 163-168
  • DOI: 10.11477/mf.2425200124
  • ISSN: 0370-9531, 1883-5503
  • Year and Date: 2015-04-15
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A spontaneously blinking fluorophore based on intramolecular spirocyclization for live-cell super-resolution imaging (2014)
  • Author(s): Shin-nosuke Uno, Mako Kamiya, Toshitada Yoshihara, Ko Sugawara, Kohki Okabe, Mehmet C. Tarhan, Hiroyuki Fujita, Takashi Funatsu, Yasushi Okada, Seiji Tobita, Yasuteru Urano
  • Journal Title: Nature Chemistry Volume: 6 Issue: 8 Pages: 681-689
  • DOI: 10.1038/nchem.2002
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development and Application of Thermometry in Living Cells by Fluorescence Imaging (2014)
  • Author(s): 岡部弘基
  • Journal Title: BUNSEKI KAGAKU Volume: 63 Issue: 6 Pages: 455-465
  • DOI: 10.2116/bunsekikagaku.63.455
  • NAID: 130004428014
  • ISSN: 0525-1931
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Super-resolution fluorescence microscope (2014)
  • Author(s): 菅原皓、岡部弘基、船津高志
  • Journal Title: Drug Delivery System Volume: 29 Issue: 4 Pages: 354-356
  • DOI: 10.2745/dds.29.354
  • NAID: 130004874233
  • ISSN: 0913-5006, 1881-2732
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Live-cell single molecule imaging of endogenous mRNA in stress granules (2016)
  • Author(s): 菅原皓、岡部弘基、船津高志
  • Organizer: Biophysical Society 60th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Los Angeles, CA (米国)
  • Year and Date: 2016-03-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The mechanism of stress granule formation induced by intracellular local thermogenesis (2016)
  • Author(s): シベイニ、岡部弘基、船津高志
  • Organizer: Biophysical Society 60th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Los Angeles, CA (米国)
  • Year and Date: 2016-02-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞内温度のイメージングと操作による温度生物学 (2016)
  • Author(s): 岡部弘基
  • Organizer: 日本機械学会 第28 回バイオエンジニアリング講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-01-09
  • Invited
• [Presentation] 生細胞にける１分子内在性mRNAイメージングのためのアンチセンスプローブの設計と評価 (2015)
  • Author(s): 武田駿介、岡部弘基、船津高志
  • Organizer: 日本生物物理学会第53回年会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス自然科学本館（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-14
• [Presentation] ストレス顆粒内一分子mRNAの超解像イメージング (2015)
  • Author(s): 鈴木佑紀、菅原皓、岡部弘基、船津高志
  • Organizer: 日本生物物理学会第53回年会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス自然科学本館（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-14
• [Presentation] Imaging and manipulation of intracellular temperature for thermal biology (2015)
  • Author(s): 岡部弘基
  • Organizer: 日本生物物理学会第53回年会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス自然科学本館（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-13
  • Invited
• [Presentation] Local intracellular temperature increase mediates stress granule formation (2015)
  • Author(s): シベイニ、岡部弘基、船津高志
  • Organizer: 日本生物物理学会第53回年会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス自然科学本館（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] 細胞内温度の計測と操作による温度生物学 (2015)
  • Author(s): 岡部弘基
  • Organizer: 第七回 光イメージング若手の会「光塾」
  • Place of Presentation: 広島大学理学部（広島県東広島市）
  • Year and Date: 2015-09-05
  • Invited
• [Presentation] Imaging and manipulation of temperature in single live cells (2015)
  • Author(s): 岡部弘基
  • Organizer: 第20回NMMSセミナー
  • Place of Presentation: 東京工業大学 すずかけキャンパス B2棟（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2015-07-30
  • Invited
• [Presentation] Imaging and manipulation of temperature in living single cells (2015)
  • Author(s): 岡部弘基
  • Organizer: 広島大学核内クロマチン・ライブダイナミクスの数理研究拠点・拠点融合研究セミナー
  • Place of Presentation: 広島大学先端物質科学総合研究棟（広島県東広島市）
  • Year and Date: 2015-07-24
  • Invited
• [Presentation] 単一細胞内における温度のイメージング (2015)
  • Author(s): 岡部弘基、船津高志
  • Organizer: 第3回がんと代謝研究会
  • Place of Presentation: 石川県立音楽堂交流ホール（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-07-16
• [Presentation] IMAGING OF THERMOGENESIS IN LIVING CELLS USING FLUORESCENT POLYMERIC THERMOMETER (2015)
  • Author(s): 岡部弘基、船津高志
  • Organizer: Biophysical Society 59th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Baltimore, MD, USA
  • Year and Date: 2015-02-10
• [Presentation] Single molecule analysis of endogenous mRNA in stress granules (2015)
  • Author(s): 菅原皓、岡部弘基、船津高志
  • Organizer: Biophysical Society 59th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Baltimore, MD, USA
  • Year and Date: 2015-02-10
• [Presentation] ポリマー温度センサーと定量的顕微鏡法を用いた細胞内温度イメージング (2015)
  • Author(s): 岡部弘基
  • Organizer: 第9回 NIBBバイオイメージングフォーラム
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター、岡崎市
  • Year and Date: 2015-01-26
  • Invited
• [Presentation] 細胞内温度のイメージングと操作 (2014)
  • Author(s): 岡部弘基
  • Organizer: 量子エレクトロニクス研究会
  • Place of Presentation: 上智大学セミナーハウス、軽井沢町
  • Year and Date: 2014-12-20
  • Invited
• [Presentation] Intracellular temperature imaging using polymeric thermometer and quantitative microscopy (2014)
  • Author(s): 岡部弘基
  • Organizer: Advances in Live Single-Cell Thermal Imaging and Manipulation (ALSCTIM)
  • Place of Presentation: 沖縄科学技術大学院大学、沖縄県
  • Year and Date: 2014-11-10
  • Invited
• [Presentation] Imaging of thermogenesis in living cells using fluorescent polymeric thermometer (2014)
  • Author(s): 岡部弘基、船津高志
  • Organizer: 日本生物物理学会第52回年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター、札幌市
  • Year and Date: 2014-09-27
• [Presentation] 生細胞内mRNAのナノスケール一分子追跡 (2014)
  • Author(s): 菅原皓、岡部弘基、船津高志
  • Organizer: 日本生物物理学会第52回年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター、札幌市
  • Year and Date: 2014-09-27
• [Presentation] 生細胞内におけるmicroRNAの動態観測 (2014)
  • Author(s): 石河敏成、岡部弘基、船津高志
  • Organizer: 日本生物物理学会第52回年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター、札幌市
  • Year and Date: 2014-09-27
• [Presentation] 生細胞における一分子内在性mRNAイメージングのためのアンチセンスプローブの開発 (2014)
  • Author(s): 武田駿介、岡部弘基、船津高志
  • Organizer: 日本生物物理学会第52回年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター、札幌市
  • Year and Date: 2014-09-26
• [Presentation] ストレス顆粒内一分子mRNA立体構造の超解像イメージング (2014)
  • Author(s): 鈴木佑紀、菅原皓、岡部弘基、船津高志
  • Organizer: 日本生物物理学会第52回年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター、札幌市
  • Year and Date: 2014-09-25
• [Presentation] 生細胞内における発熱のイメージング (2014)
  • Author(s): 岡部弘基、船津高志
  • Organizer: 日本バイオイメージング学会第23回学術集会
  • Place of Presentation: 大阪大学、吹田市
  • Year and Date: 2014-09-05
• [Presentation] 定量的イメージングによる細胞機能の先端分析 (2014)
  • Author(s): 岡部弘基
  • Organizer: 第27回バイオメディカル分析科学シンポジウム(BMAS 2014)
  • Place of Presentation: 帝京大学薬学部、板橋区
  • Year and Date: 2014-08-20
  • Invited
• [Presentation] Imaging of temperature in a living cell using a fluorescent polymeric thermometer (2014)
  • Author(s): K Okabe, S Uchiyama, N Inada, Y Harada, T Funatsu
  • Organizer: IUPAB Internatinal Byophysic Congress 2014
  • Place of Presentation: Brisbane, Australia
  • Year and Date: 2014-08-05
• [Presentation] Imaging of Temperature in living cells (2014)
  • Author(s): 岡部弘基、内山聖一、船津高志
  • Organizer: 第37回 内藤コンファレンス
  • Place of Presentation: ヒルトンニセコ、北海道
  • Year and Date: 2014-07-01
• [Book] 生体の科学 生命動態システム科学 (2014)
  • Author(s): 岡部弘基
  • Total Pages: 2
  • Publisher: 医学書院
• [Book] 実験医学 驚愕の代謝システム (2014)
  • Author(s): 岡部弘基
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 羊土社