Development of the detection method for the rotation of FoF1-ATP synthase at a single molecule level in a living cell

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K19420
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 榎 佐和子 (苙口佐和子) 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (50467635)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: 分子モーター

Outline of Annual Research Achievements

細胞内におけるATP合成酵素の回転を直接計測するための基盤技術開発のため、プローブの３次元配向と位置を高時空間分解能でイメージングするシステムの開発を前年度に引き続き行った。前年度、金ナノロッドの３次元配向と位置を計測することができたことを報告したが、カメラの検出範囲をすぐに外れてしまうこと、焦点から外れて散乱像が広がりピクセルあたりの輝度が弱まってしまうこと等により、拡散粒子の散乱像が数10msで追跡できなくなってしまうことが問題となっていた。今年度はこの問題を解決するいくつかの試みに取り組んだ。まず、焦点が外れることに対する問題に対して、焦点深度を伸張する光学系を顕微鏡のイメージング系に取り込み、この系に対応する解析プログラムを作成した。次に試料の３次元位置をリアルタイムに検出して、試料位置をフィードバックするシステムの作成に取り組んだ。３次元の試料位置をフォトダイオードでリアルタイムに計測するための光学系を組み、３次元の試料位置が計測できることが確認できた。既製品のステージは応答が遅かったので、軽量ステージを自作することで高速にステージを駆動することが可能になった。さらに広い範囲を高速に長時間計測できる高速カメラを購入したので、開発した技術と組み合わせることで、数10分間、高速に金ナノロッドの位置と配向を解析できることが可能となる。これらの結果から細胞内を移動するATP合成酵素の回転を検出する技術的な基盤ができた。