2017 Fiscal Year Annual Research Report
Cell dynamics studied by X-ray laser diffraction
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15H05737
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
西野 吉則 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (40392063)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 明大 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (20781850)
木村 隆志 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (50531472)
大島 泰郎 東京薬科大学, 生命科学部, 名誉教授 (60167301)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | Ｘ線自由電子レーザー / 可視化 / 細胞 / 超精密計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、Ｘ線自由電子レーザー（XFEL）のフェムト秒オーダーのパルス幅を利用して、異なる状態の細胞を、独自開発したパルス状コヒーレントＸ線溶液散乱（PCXSS）法により放射線損傷なくイメージングすることにより、生細胞のナノレベルダイナミクスを観察することを目指している。異なる状態の細胞の調製方法として、同調培養による細胞周期の同期、温度制御、ケージド化合物を用いたフラッシュ・フォトリシスなど異なる手法の研究を進めた。
同調培養に関しては、PCXSS測定に適するMicrobacterium菌の細胞分裂周期の特定の段階にある細胞に対してXFEL施設SACLAを用いたPCXSS測定を行い、データ解析を進めた。また、フローサイトメーターを用いて同調率の評価を行った。ケージド化合物を用いたフラッシュ・フォトリシスに関しては、平成29年度よりSACLAにおいて運用が始まったポンプ・プローブ法に対応したコヒーレントＸ線イメージング用試料チャンバ（MAXIC-II）を用いた研究を開始した。測定では、波長可変ナノ秒レーザーをポンプ光に、XFELをプローブ光に用いた。マイクロ液体封入アレイ（MLEA）内の試料に、ポンプ光およびプローブ光を干渉なく照射する光学設計を行い実装した。開発した光学系を用いて、ポンプ・プローブPCXSS測定およびケージドプロトンを用いたフラッシュ・フォトリシス測定を開始した。温度制御に関しては、MAXIC-II用に新たに試料温度制御装置を開発した。開発した装置を用いて、温度応答性金ナノ粒子や温度制御Microbacterium菌のPCXSS法による測定を進めた。
試料探索の過程で平成28年度に発見した、Thermus属細菌細胞が培養条件に依って短くなる新規現象に関して、その機構を解明するべく、ポリアミン分析などの研究を進めた。
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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
細胞の状態を同期させる方法として取り組んだ、同調培養、温度制御、ケージド化合物のフラッシュ・フォトリシスのいずれにおいても、当初の計画通りに研究が進行した。同調培養に関しては、Microbacterium菌に対して順調にPCXSS測定およびデータ解析を進めた。ケージド化合物のフラッシュ・フォトリシス測定に関しては、ポンプ・プローブ法に対応したコヒーレントＸ線イメージング用試料チャンバ（MAXIC-II）の運用がSACLAにおいて平成29年度に始まり、PCXSS測定を開始した。温度制御に関しては、MAXIC-II用に試料温度制御装置を開発し、PCXSS測定を行った。さらに、新規微生物の探索では、生物学的により意義の大きいThermus属細菌に関する研究を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題では、いくつかのアプローチにより細胞の状態を同期させ、異なる状態の細胞を、Ｘ線自由電子レーザー（XFEL）を用いたパルス状コヒーレントＸ線溶液散乱（PCXSS）法でイメージングすることにより、生きた細胞のナノレベルダイナミクス観察を目指す。
同調培養に関しては、細胞分裂周期の各段階での細胞構造の特徴を抽出するデータ解析を進める。温度制御に関しては、温度応答性金ナノ粒子や温度制御Microbacterium菌のPCXSS測定およびデータ解析を進める。ケージド化合物のフラッシュ・フォトリシスに関しては、平成29年度よりSACLAで運用が開始されたポンプ・プローブ法に対応したコヒーレントＸ線イメージング用試料チャンバ（MAXIC-II）を用いて研究を進める。
さらに、MLEAチップやPCXSS測定技術や試料像再構成（位相回復）技術を高度化する研究を進める。細胞試料に関しては、平成28年度に発見したThermus属細菌細胞の大きさが変化する新規現象について、機構の解明に向けた研究と平行してPCXSS測定を行う。
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Research Products
(36 results)
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[Journal Article] Quantum valence criticality in a correlated metal2018
Author(s)
K. Kuga, Y. Matsumoto, M. Okawa, S. Suzuki, T. Tomita, K. Sone, Y. Shimura, T. Sakakibara, D. Nishio-Hamane, Y. Karaki, Y. Takata, M. Matsunami, R. Eguchi, M. Taguchi, A. Chainani, S. Shin, K. Tamasaku, Y. Nishino, M. Yabashi, T. Ishikawa, and S. Nakatsuji
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Journal Title
Science Advances
Volume: 4
Pages: eaao3547
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Active site geometry of a novel aminopropyltransferase for biosynthesis of hyperthermophile-specific branched-chain polyamine2017
Author(s)
R. Hidese, K. M. Tse, S. Kimura, E. Mizohata, J. Fujita, Y. Horai, N. Umezawa, T. Higuchi, M. Niitsu, T. Oshima, T. Imanaka, T. Inoue, and S. Fujiwara
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Journal Title
The FEBS Journal
Volume: 284
Pages: 3684-3701
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Long and branched polyamines are required for maintenance of the ribosome, tRNAHis and tRNATyr in Thermus thermophilus cells at high temperatures2017
Author(s)
M. Nakashima, R. Yamagami, C. Tomikawa, Y. Ochi, T. Moriya, H. Asahara, D. Fourmy, S. Yoshizawa, *T. Oshima, and *H. Hori
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Journal Title
Genes to Cells
Volume: 22
Pages: 628-645
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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