Development of tracking integrated Raman spectroscopy to measure myosin state distribution in a sarcomere under physiological environment

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15762
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: Chubu University
• Principal Investigator: Shintani Seine 中部大学, 生命健康科学部, 講師 (40650536)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 収縮リズム恒常性 / サルコメアカオス / 心臓の生理学 / AIL: AI to learn / ラマン分光推定法 / リアルタイムラマン分光計測 / 電子顕微鏡ライブイメージング / DET膜法

Outline of Final Research Achievements

We proposed a new method utilizing Raman spectroscopy to measure myosin dynamics in the sarcomere under physiological conditions. To our surprise, the results surpassed our initial expectations, revealing that the sarcomere in cardiomyocytes utilizes body temperature heat to generate contractile rhythms with both chaotic instability and homeostatic stability. This symbolic finding highlights the significance of investigating not only the properties of isolated myosin but also the behavior and effects of biomolecules like myosin within the sarcomere under physiological conditions. This discovery further strengthens my belief that the AI utilization guideline called AIL (AI to learn: using AI as a supportive tool for learning and research behind the scenes), which was instrumental in this discovery, will gain even greater importance in the future.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

心筋細胞内のサルコメアダイナミクスが、ミオシン分子等の1分子計測で確認されているnm スケールの確率的な不安定性だけでなく、μmスケールのカオス的不安定性も生み出して活用し、巧妙なダイナミクスを実現しているという実験事実を捉えられたことの学術的意義は極めて高い。取り出したタンパク質分子1分子や少数分子の実験系の計測だけではとらえられない、安定性と不安定性を併せ持ったリズムの巧妙さが階層的に創発されていることを心筋細胞の具体的実験事実として捉えることに成功した。概要記載のAILというAI活用指針および、発明した、液中の動く試料の電子顕微鏡ライブイメージング法も進歩性の高い成果と確信している。