2015 Fiscal Year Annual Research Report
１分子in vivoイメージング超解像ナノ解析によるクロマチン動作原理解明
| Project Area | Dynamic chromatin structure and function |
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| Project/Area Number |
25116007
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
徳永 万喜洋 東京工業大学, 生命理工学研究科, 教授 (00192659)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 生物物理 / 超解像イメージング / 細胞情報・動態 / クロマチン動構造 / ナノ定量解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生細胞多色１分子イメージング光学顕微鏡の超解像ナノ解析法の開拓により、新学術研究領域テーマ「動的クロマチン構造と機能」の新たな展開を計り、クロマチン動作原理解明することを目的としている。領域内の共同研究を展開して、クロマチン動態解明を行った。
１．生細胞多色１分子イメージング超解像顕微鏡と、多色超解像ナノ解析・定量化法の改良。１分子イメージング技術を用いリアルタイム多色同期イメージングを行う超解像解析技術を改良した。10nmオーダーの解像度達成に向けて、時間変動・多色間位置ずれの高難度問題を克服する方法を改良した。
２．ヌクレオソーム生細胞動態。１分子超解像軌跡追跡と、FRAP法（木村班と共同研究）と融合解析し、ヌクレオソーム動態に関する新しい描像研究を進めた。
３．ヒストンバリアント生細胞動態。ヒストンH2・H3バリアントをGFP標識した生細胞の１分子観察とFRAP法により、動態・超解像研究を推進した（胡桃坂班・木村班・大川班と共同研究）。
４．クロマチンリモデリング複合体生細胞動態。同手法により、アクチン関連分子ArpやIno80のクロマチンリモデリングタンパク質とヌクレオソーム相互作用動態に関する新しい描像研究を推進した（原田班・木村班と共同研究）。
５．高精度超解像解析のための脂質二重膜構築法。流動性を確保して基板上に分子・細胞を保持する簡便な方法を改良した。従来法では、煩雑なガラス表面洗浄処理や専用装置が必要であるため、試料調整に困難が伴い利用が限られていた。本研究で開発した方法は、脂質二重膜をガラス基板上に、均一な膜を再現性高く、簡便に作製できる。生細胞イメージング・１分子解析・in vitro表面分子分析など、広汎な利用を可能にするもので、クロマチン構造変化の超解像解析においても高精度計測を実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
超解像ナノ解析法の新規開拓と細胞核動態観察最適化による、クロマチン構造の細胞レベルin vivo分子動態・要素間相互作用・核内配置の動態解明という目的を達成すべく、本年度の研究計画５項目を推進した。「１．生細胞多色１分子イメージング超解像顕微鏡と多色超解像ナノ解析・定量化法の開発改良」に関しては、高画質化・高速化・多自由度化・多色同期化・高精度化を中心に、顕微鏡システムを改良した。多色超解像ナノ解析法・定量化法を改良し、10 nm精度の検証を進めた。「２．ヌクレオソーム生細胞動態」と「３．ヒストンバリアント生細胞動態」においては、１分子超解像法とFRAP法の融合解析により研究を進めた。「４．クロマチンリモデリング複合体生細胞動態」では、クロマチンリモデリングINO80複合体を構成する種々のタンパク質を用い、動態・超解像解析を推進した。「５．高精度超解像解析のための脂質二重膜構築法」では、簡便に脂質二重膜を構築する方法の開発により、蛍光標識再構成クロマチンを用いて高精度な構造変化計測研究を進めた。いずれも順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
１－１． クロマチン動作原理解明のための超解像顕微鏡システムの改良。高解像度化と、多種顕微鏡法への対応（１分子，PALM/STORM超解像，FRAP，新しい超解像法）を主眼とし、高画質化・高速化・多自由度化・多色同期化・操作性向上を行う。特に多色画像間位置ずれに充填をおく。１－２．多色超解像ナノ解析・定量化法の改良。高精度化・多種法対応・高速処理と自動化を中心に進める。特に多色間画像間重ね合せ高精度化の改良を進める。 ２．ヌクレオソームの生細胞１分子超解像と動態解析。新しい描像研究をさらに進める。 ３．ヒストンバリアントの超解像解析と動態の違い。生細胞動態解析と、固定細胞の高解像超解像画像解析をさらに進める。 ４．クロマチンリモデリング複合体の超解像解析と動態。INO80複合体の新しい描像を、種々の構成タンパク質分子に関し定量解析をさらに進め、構成分子の役割を解明する。 ５．ヌクレオソーム構造変化のリアルタイム高精度超解像動態解析。開発済みの脂質二重膜簡易調製法を用い、10 nm超の高精度で、ヌクレオソームのリアルタイム超解像動態計測を推進する。 ６．クロマチン動的構造の物理的要因と、生命機能発現における役割の解明。DNA２重鎖構造の１分子力学計測および分子動力学による解析を行い、エントロピーに焦点をあてDNA構造形成の特徴を定量的に解明する。
［連携研究者］ 東京工業大学・生命理工学院 十川久美子 多色蛍光標識分子導入細胞群の構築と観察解析
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[Presentation] 細胞分化における核内アクチンの機能解析2016
Author(s)
山本 浩志, 山崎 祥他, 十川 久美子, 徳永 万喜洋, 原田 昌彦
Organizer
第33回染色体ワークショップ・第14回核ダイナミクス研究会
Place of Presentation
一の坊(宮城県松島町)
Year and Date
2016-01-12 – 2016-01-14
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