• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2021 Fiscal Year Annual Research Report

Realization of nano-dynamics imaging of protein molecules in extremely soft membrane environments

Research Project

Project/Area Number 17H06121
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

安藤 敏夫  金沢大学, ナノ生命科学研究所, 特任教授 (50184320)

Project Period (FY) 2017-05-31 – 2022-03-31
Keywordsバイオイメージング / 高速AFM / 走査型イオン伝導顕微鏡 / 膜タンパク質
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、極めて柔らかく脆弱であるために現在の高速AFMでは観察が難しいタンパク質系(例えば、極めて柔らかい膜環境にあるタンパク質分子、天然変性タンパク質IDP)や細胞表面などの観察を可能にするための技術開発とその実証研究を進めてきた。最終となる本年度では以下の内容を実施し、当初の目標をほぼ達成した。
1)高速AFMの更なる低侵襲化を実現し、それにより更なる高速化も実現した。開発した新走査法(OTIモード:往き走査でのみ画像を取得)により低侵襲性能が向上し、従来比で約2.5倍の高速化を達成した。更に、フィードバック制御に工夫を加えた結果、従来比で約4-5倍の高速化(毎秒約50フレーム)を達成した。この新技術を用いて従来の速度でイメージングした場合、脆弱な試料系でも構造・機能を乱さずにイメージングできる。
2)ガラスピペット先端を流れるイオン電流の計測に基づく走査型イオン伝導顕微鏡(SICM)に代わる拡散電位計測に基づく新規プローブ顕微鏡(SNPM)の開発に成功した。ガラスピペットの開口直径が4 nm前後にまでなると、イオン電流の減少とノイズの増加により、高解像性能と高速性能の更なる両立は難しくなってきた。そこで開口径に依存しない拡散電位の利用を検討した。その結果、4 nm前後の開口径であっても、極めてS/N比の高い拡散電位計測ができ、その結果、高解像性能と高速性能が同時に達成できた。
3)装置性能の実証研究を進め、脆弱なバイオ試料系の観察に成功した。完成したばかりのSNPMについては本格的なバイオ応用には至っていないが、高解像化した高速SICMを利用して悪性度の異なるがん細胞表面の形状動態と柔らかさマップを得ることに成功した。OTIモードを広く利用し、膜タンパク質MsbA、種々のIDP、長いコイルドコイルであるEEA1、デルーフ細胞などの非侵襲高速イメージングに成功した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (23 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 12 results,  Open Access: 4 results) Presentation (2 results) (of which Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (4 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Moleculaire Biofysica, Zernike Instituut/Groningen Biomol. Sci. Biotechnol. Inst.(オランダ)

    • Country Name
      NETHERLANDS
    • Counterpart Institution
      Moleculaire Biofysica, Zernike Instituut/Groningen Biomol. Sci. Biotechnol. Inst.
  • [Int'l Joint Research] The University of Michigan/University of Florida(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      The University of Michigan/University of Florida
  • [Int'l Joint Research] Technische University of Munchen(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Technische University of Munchen
  • [Journal Article] Visualization of intrinsically disordered proteins by high-speed atomic force microscopy.2022

    • Author(s)
      N. Kodera, T. Ando
    • Journal Title

      Curr. Opin. Struct. Biol.

      Volume: 72 Pages: 260-266

    • DOI

      10.1016/j.sbi.2021.11.014

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A high-speed piezoelectric Z-scanner with a resonance frequency above 1.1 MHz for high-speed atomic force microscopy.2022

    • Author(s)
      M. Shimizu, C. Okamoto, K. Umeda, S. Watanabe, T. Ando, N. Kodera
    • Journal Title

      Rev. Sci. Instrum.

      Volume: 93 Pages: 013701

    • DOI

      10.1063/5.0072722

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-speed atomic force microscopy reveals a three-state elevator mechanism in the citrate transporter CitS.2022

    • Author(s)
      S. Maitya, G. Trincob, P. Buzon, Z. R. Anshari, N. Kodera , K. X. Ngo , T. Ando , D. J. Slotboom , W. H. Roos
    • Journal Title

      Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.

      Volume: 119 Pages: e2113927119

    • DOI

      10.1073/pnas.2113927119

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Conformational tuning of amylin by charged styrene-maleic-acid copolymers.2022

    • Author(s)
      B. R. Sahoo, C. L. Souders, T. W. Nakayama, Z. Deng, H. Linton, S. Suladze, M. I. Ivanova, B. Reif, T. Ando, C. Martyniuk, A. Ramamoorthy
    • Journal Title

      J. Mol. Biol.

      Volume: 434 Pages: 167385

    • DOI

      10.1016/j.jmb.2021.167385

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Recent advances in the glass pipet: from fundament to applications.2022

    • Author(s)
      Y. Zhou, L. Sun, S. Watanabe, T. Ando
    • Journal Title

      Anal. Chem.

      Volume: 94 Pages: 324-335

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.1c04462

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nano-scale physical properties characteristic to intestinal cancer cells identified by high speed-scanning ion conductance microscope2022

    • Author(s)
      D. Wang, L. Sun, S. Okuda, D. Yamamoto, M. Nakayama, H. Oshima, H. Saito, Y. Kouyama, K. Mimori, T. Ando, S. Watanabe, M. Oshima
    • Journal Title

      Biomaterials

      Volume: 280 Pages: 121256

    • DOI

      10.1016/j.biomaterials.2021.121256

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Millisecond dynamic of SARS-CoV-2 spike and its interaction with small extracellular vesicle (sEV)-based decoy.2021

    • Author(s)
      K. Lim, G. Nishide, T. Yoshida, T. Watanabe-Nakayama, A. Kobayashi, M. Hazawa, R. Hanayama, T. Ando, R. W. Wong
    • Journal Title

      J. Extracell. Vesicles

      Volume: 10 Pages: e12170

    • DOI

      10.1002/jev2.12170

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Architecture of zero-latency ultrafast amplitude detector for high-speed atomic force microscopy.2021

    • Author(s)
      K. Umeda, C. Okamoto, M. Shimizu, S. Watanabe, T. Ando, N. Kodera
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 119 Pages: 181602

    • DOI

      10.1063/5.0067224

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Chained structure of dimeric F1-like ATPase in Mycoplasma mobile gliding machinery.2021

    • Author(s)
      T. Toyonaga, T. Kato, A. Kawamoto, N. Kodera, T. Hamaguchi, YO. Tahara, T. Ando, K. Namba, M. Miyata
    • Journal Title

      mBio

      Volume: 12 Pages: e01414-21

    • DOI

      10.1128/mBio.01414-21

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Biophysical reviews top five: atomic force microscopy in biophysics.2021

    • Author(s)
      T. Ando
    • Journal Title

      Biophys. Rev.

      Volume: 13 Pages: 455-458

    • DOI

      10.1007/s12551-021-00820-x

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Movements of Mycoplasma mobile gliding machinery detected by high-speed atomic force microscopy.2021

    • Author(s)
      K. Kobayashi, N. Kodera, T. Kasai, YO. Tahara, T. Toyonaga, M. Mizutani, I. Fujiwara, T. Ando, M. Miyata
    • Journal Title

      mBio

      Volume: 12 Pages: e0004021

    • DOI

      10.1128/mBio.00040-21

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] An ultra-wide scanner for large-area high-speed atomic force microscopy with megapixel resolution.2021

    • Author(s)
      A. Marchesi, K. Umeda, T. Komekawa, T. Matsubara, H. Flechsig, T. Ando, S. Watanabe, N. Kodera, C. M. Franz
    • Journal Title

      Sci. Rep.

      Volume: 11 Pages: 13003

    • DOI

      10.1038/s41598-021-92365-y

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 高速AFMが拓く新生命科学2022

    • Author(s)
      安藤敏夫
    • Organizer
      第25回アディポサンエンスシンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 高速AFM技術バイオ応用研究の進展2021

    • Author(s)
      安藤敏夫
    • Organizer
      第2回高速AFMオンラインシンポジウム
    • Invited
  • [Book] High-speed Atomic Force Microscopy in Biology2022

    • Author(s)
      T. Ando
    • Total Pages
      319
    • Publisher
      Springer Berlin Heidelberg
    • ISBN
      978-3-662-64783-7
  • [Remarks] 金沢大学 生物物理学グループへようこそ

    • URL

      http://biophys.w3.kanazawa-u.ac.jp/index_J.htm

  • [Remarks] Welcome to Kanazawa Biophysics Goup

    • URL

      http://biophys.w3.kanazawa-u.ac.jp/index.htm

  • [Remarks] 高速原子間力顕微鏡の世界初の「教科書」完成!

    • URL

      https://nanolsi.kanazawa-u.ac.jp/category/announcements/news/

  • [Remarks] 世界初!マイコプラズマの滑走運動における分子モーター の動きを - - -

    • URL

      https://nanolsi.kanazawa-u.ac.jp/post-16986/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 液体充填方法、SICM用プローブの製造方法、SICM用プローブ及び SICM2021

    • Inventor(s)
      Sun Linhao, 執行航希, 渡辺信嗣, 安藤敏夫
    • Industrial Property Rights Holder
      金沢大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      6950954号

URL: 

Published: 2022-12-28  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi