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2017 Fiscal Year Research-status Report

生きた細胞の熱特性と素現象

Research Project

Project/Area Number 15K05251
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

鈴木 団  大阪大学, たんぱく質研究所, 講師 (40350475)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Keywords生物物理 / ナノ材料 / 熱工学
Outline of Annual Research Achievements

生物による発熱を1細胞レベルで計測し、そのメカニズム解明を目的とした細胞内温度計測の技術開発が進められているが、マクロスケールで測られる値では1細胞から得られた結果を説明できない(「10の5乗ギャップ問題」)。10の5乗ギャップの所在を明らかにするため、本研究では、細胞内に特有の環境が希薄な水系と異なるかどうか、実験的に確かめることを目指す。特に当該年度は、熱産生に特化した褐色脂肪組織を構成し、多くの脂肪滴を内包する特徴的な細胞内構造を有する褐色脂肪細胞を、計測の対象として実験を進めた。
まず褐色脂肪細胞における熱産生に由来する細胞内の温度変化を、1細胞で定量イメージングする新しい手法を開発した。次にこの手法を用いて検討を進めていたところ、活性化した褐色脂肪細胞のミトコンドリアpH変化に特徴のあることが見いだされ、さらに熱産生と時間的に相関していた。そこでこの研究をさらに進めた。ミトコンドリアCa2+濃度変化、ならびに小胞体(ER)のpH変化、Ca2+濃度変化を合わせてイメージングすることで各パラメータ変化の時間的相関を得た。この解析から、褐色脂肪細胞のミトコンドリアとERによる細胞内小器官間のコミュニケーションが、褐色脂肪細胞が効率よく熱産生するのに重要であることが強く示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究代表者が、当該年度途中で所属研究機関を異動したことに伴い実施予定項目の一部に当初計画からの遅延が生じた。いっぽう褐色脂肪細胞の細胞内温度変化を安定して検出できる蛍光イメージング法を確立した点では、計画通りであった。さらにこの手法を用いて細胞内環境の特異性を追究していたところ、褐色脂肪細胞による熱産生の分子メカニズムにかかわる研究へと思いがけず発展した。

Strategy for Future Research Activity

前年度の研究を継続し、当初の研究計画に沿って次年度も研究を進める。目的達成のため、従来とは別の温度イメージング技術の開発もあわせて実施し、最も適切な手法を見出すことを狙う。

Causes of Carryover

研究代表者が、当該年度途中で所属研究機関を異動したことに伴い実施予定項目の一部に当初計画からの遅延が生じた。またいっぽうで、計画からの遅延が比較的少ない項目については、論文として成果発表するにあたり、統計学的な解析に必要なデータ数の確保のため、また再現性の確認、コントロール実験など追加する必要があることなどから、補助事業期間の延長を申請し、承認をいただいた。

  • Research Products

    (14 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 6 results)

  • [Int'l Joint Research] NUS/NTU/A*STAR(シンガポール)

    • Country Name
      SINGAPORE
    • Counterpart Institution
      NUS/NTU/A*STAR
  • [Int'l Joint Research] ハーバード大(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ハーバード大
  • [Journal Article] Ca 2+ -associated triphasic pH changes in mitochondria during brown adipocyte activation2017

    • Author(s)
      Hou Yanyan、Kitaguchi Tetsuya、Kriszt Rokus、Tseng Yu-Hua、Raghunath Michael、Suzuki Madoka
    • Journal Title

      Molecular Metabolism

      Volume: 6 Pages: 797~808

    • DOI

      10.1016/j.molmet.2017.05.013

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Optical visualisation of thermogenesis in stimulated single-cell brown adipocytes2017

    • Author(s)
      Kriszt R、Arai S.、Itoh H.、Lee M. H.、Goralczyk A. G.、Ang X. M.、Cypess A. M.、White . P.、Shamsi F.、Xue R.、Lee J. Y.、Lee S.-C.、Hou Y.、Kitaguchi T.、Sudhaharan T.、Ishiwata S.、Lane E. B.、Chang Y.-T.、Tseng Y.-H.、Suzuki M.、Raghunath M.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 7 Pages: 1383

    • DOI

      10.1038/s41598-017-00291-9

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Single-cell thermometry under optical microscope for the physiology of thermogenesis.2018

    • Author(s)
      Madoka Suzuki
    • Organizer
      第95回日本生理学会大会
    • Invited
  • [Presentation] Single-cell analysis of temperature-sensing mechanisms under a photo-thermal conversion microscope2018

    • Author(s)
      Oyama, K., Zeeb, V., Arai, T., Itoh, H., Shintani, S.A., Suzuki, M., Fukuda, N., Ishiwata, S.
    • Organizer
      第95回日本生理学会大会
  • [Presentation] Thermal responses of Ca2+ channels in malignant hyperthermia.2018

    • Author(s)
      Madoka Suzuki
    • Organizer
      4th Core-to-Core International Symposium "3D Lab-Exchange Program"
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Imaging of heat production and heat-mediated contraction in single muscle cells.2018

    • Author(s)
      Madoka Suzuki
    • Organizer
      Biophysical Society the 62th Annual Meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Optical temperature control and sensing in tiny space for controlling and sensing cellular activities2018

    • Author(s)
      Madoka Suzuki
    • Organizer
      Smart tools for caring: nanotechnology meets medical challenges
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Single-cell fluorescence thermometry visualizing intracellular events associated with heat production in brown adipocytes2017

    • Author(s)
      Madoka Suzuki
    • Organizer
      ASCB/EMBO 2017 Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 筋肉1細胞の1℃2017

    • Author(s)
      鈴木 団
    • Organizer
      第2回バイオサーモロジーワークショップ
    • Invited
  • [Presentation] Molecular processes behind the thermogenesis in activated brown adipocytes and the heat-activated muscle contraction.2017

    • Author(s)
      Madoka Suzuki
    • Organizer
      11th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2017)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Single-cell Thermometry Revealing Ca2+-regulated pH Changes before Heat Production in Individual Brown Adipocytes.2017

    • Author(s)
      Madoka Suzuki
    • Organizer
      Single Cell Science Symposium 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Triphasic mitochondrial pH changes associated with Ca2+ for heat production in stimulated brown adipocytes.2017

    • Author(s)
      Madoka Suzuki
    • Organizer
      The 55th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan

URL: 

Published: 2018-12-17   Modified: 2022-02-21  

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