Comprehensive elucidation of intracellular gene delivery mechanisms using spatiotemporal correlation imaging

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06590
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Sasaki Akira 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ長 (30580162)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 画像相関分光法 / ジーンデリバリー

Outline of Final Research Achievements

We investigated the basic technology of image correlation methods, which is the basis of spatiotemporal correlation imaging. We developed a technique to quantify the correlation (colocalization) between labels in DNA origami molecules labeled with two colors of fluorescent dyes, and published a review paper on standard samples for this method. Additionally, we explored fluorescent correlation analysis using fluorescent aptamers as a technique to extend this technology to intracellular RNA measurements, resulting in published research findings. We also discovered that the fundamental technology of image correlation can quantitatively evaluate microscope hardware performance. By comparing the gene expression profiles of DNA-degrading enzymes in multiple cell types using RNA sequencing (RNAseq), we identified that some of the proteins with observed differences included nucleases, successfully narrowing down the candidates.

Free Research Field

生物物理学、分析化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では画像相互相関アルゴリズムを開発し、異なる情報同士で相互相関（この場合は２色蛍光の共局在性）を定量評価することに成功した。顕微鏡を用いた測定値を校正するストラテジーや標準試料に関する基盤も構築した。また、本技術を細胞内のRNAに展開していくための技術として、蛍光アプタマーを活用した蛍光相関解析にも成功した。さらにRNAseqにより細胞内のDNA分解に関与する分子の絞り込みに成功した。これらの成果は、蛍光顕微鏡による分子動態の定量技術としての有用性に加え、遺伝子デリバリーの基盤となる知見を与えるものであり、近年新たなモダリティとして注目を集めている核酸医薬への貢献も期待される。