2012 Fiscal Year Annual Research Report
Development of molecular probes and photo manipulation tools - Technologies for visualization and control of small number of biomolecules
| Project Area | Spying minority in biological phenomena -Toward bridging dynamics between individual and ensemble processes- |
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| Project/Area Number |
23115003
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
永井 健治 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (20311350)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金原 数 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30282578)
堀川 一樹 徳島大学, 大学院ヘルスバイオサイエンス研究部, 特任教授 (70420247)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 少数分子系 / 分子個性 / 協同性 / 階層間相互作用 / コヒーレンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画班では、生物における少数分子ネットワークにおける数および生理機能を定量可視化・操作可能とする技術の開発を目的としている。本年度は、【１】細胞内の生理機能を可視化可能な蛍光・化学発光センサー、【２】蛍光強度ゆらぎを利用する超解像顕微鏡に用いることができる高頻度ブリンキング蛍光プローブ、【３】光操作を可能とするタンパク質および合成化合物、【４】細胞性粘菌の多細胞体形成における細胞数依存性、を中心とした開発を行ってきた。
【１】に関しては、前年度に開発した高輝度化学発光タンパク質Nano-lanternの多色化を行い、それをベースにCa2＋やATPなどの機能指示薬を開発し、化学発光による多機能イメージングを実現した。
【２】に関しては、前年度に得た新規光スイッチング型蛍光タンパク質変異体をさらに改良し、スイッチングの短時間化とさらなる光安定性を達成した。また、本変異体を用いてPALM, SOFI, RESOLFTなどの超解像イメージングを簡便に行うための光学系構築を進めた。
【３】に関しては、光応答性タンパクであるPYPを利用し、孔形成タンパク質ヘモリジンの活性制御に成功した。また、PYPを汎用性の高いモジュール化することを目的とし、PYPに対し非天然アミノ酸として不飽和結合を有するアミノ酸を導入した変異体の作成に成功した。
【４】に関しては、要素数が少数であることの生物学的重要性を明らかにするため、細胞性粘菌細における胞子/柄分化成功率のシステムサイズ（=細胞数）への依存性を解析した。その結果、15細胞以下では胞子/柄分化が成功しない事、胞子/柄分化の比率が30細胞以下では集合体ごとに大きく異なる事を見いだした。この結果から、多細胞生物である細胞粘菌において少数要素系として特徴が顕在化するのは要素数30細胞以下である事が明らかになった。
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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
高輝度化学発光プローブの多波長化や、高頻度ブリンキング蛍光タンパク質の開発は順調であり、細胞内機能活性のマルチカラーイメージングが可能となってきた。光による生理活性物質の分子数制御と組み合わせることで生理現象の分子少数性問題に切り込む基盤づくりが確実に進んでいる。さらには多細胞生物がシステムとして機能するのに最小限必要な細胞数についての知見が出始め、少数性の視点に新たな広がりが生まれた。
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| Strategy for Future Research Activity |
高輝度発光タンパク質及びそれに基づく機能センサーと光により生理活性物質の分子数を制御可能な技術を組み合わせることで、特に細胞が示す走化性応答の分子少数性問題に切り込む。また、新規光スイッチング型蛍光タンパク質を用いた超解像観察により、細胞内の極微小領域における分子数計測を推し進める。また、継続して細胞性粘菌内在遺伝子のタグ化を進めていく。光操作可能な機能性化学物質を作成することで、細胞に対して多方面からの操作可能なプローブ開発を引き続き行う。さらに、多細胞生物がシステムとして機能するために必要な細胞数がどのようにして決まるのかを探求する。
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[Presentation] 少数性生物学って何？2012
Author(s)
永井健治
Organizer
新学術領域「秩序形成ロジック」2012年度班会議
Place of Presentation
ルスツ・リゾート(北海道虻田郡)
Year and Date
2012-06-19
Invited
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