2020 Fiscal Year Research-status Report
光物理的アプローチによる細胞骨格形成の自在制御技術の開発
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20K21117
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
吉川 洋史 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (50551173)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川村 隆三 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (50534591)
杉山 輝樹 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 客員教授 (80397687)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | レーザートラッピング / 細胞骨格 / タンパク質 / 構造制御 / 自己組織化 / 微小管 / チューブリン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、レーザーの物理作用（光圧・熱等）が異なる様々な条件に対して、どのような構造の細胞骨格を形成できるかを探索した。具体的な実験系としては、抽出・精製した細胞骨格タンパク質の溶液を作製し、そこに近赤外波長の連続発振レーザービームを高開口数の対物レンズを用いて集光照射した。その結果、レーザー集光点から、細胞骨格タンパク質からなるファイバーの集合構造（数十ミクロンスケール）が形成されることを見出した。さらに、レーザー照射条件に依存して、直線状や放射状などタンパク質ファイバーの配列が変化することがわかった。また、形成した細胞骨格タンパク質のファイバーは、化学エネルギーとモータータンパク質を添加すると、細胞骨格のような動的な運動挙動を示すことがわかった。これらの結果は、レーザーの物理作用を駆使することで、細胞骨格タンパク質の凝集・配列を非侵襲かつ直接的に制御し、高次に配向制御された３次元細胞骨格構造を作製できることを示唆している。また並行して、ファイバー形成過程の透過像、蛍光像、偏光像によるイメージングも試み、レーザー集光点でおこる細胞骨格タンパク質の凝集・配列メカニズムに関する初期的な知見を得つつある。以上の成果は生物物理学会、レーザー学会、CSJ化学フェスタなどで発表し、うち２件がポスター賞および講演奨励賞受賞に至っている。また本研究の基盤となりうるレーザーによる結晶化技術や細胞内操作技術に関する論文も発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は主に（１）レーザーよる3次元細胞骨格構造の作製と機構解明と（２）細胞骨格の構造と集団運動性との相関解明の２項目の計画を実施する予定であり、既に初年度に（１）（２）に関する重要な知見が得られつつある。よって本研究はおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後もレーザーにより多様な細胞骨格構造の形成に挑むとともに、その形成メカニズムの解明や種々の応用展開を目指す予定である。
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| Causes of Carryover |
レーザーによるタンパク質集合構造の形成制御の成果が予想以上に進展したため、当初と予算を組み替え、次年度以降にその研究をさらに加速させるための備品・消耗品・旅費などに使用することとした。
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[Presentation] レーザーによる有機結晶の形状制御と非線形光学特性に与える影響の解明2020
Author(s)
高橋秀実, 山地真由, 池山潤, 中嶋誠, 北原英明, 鐡川憧英, 小林成貴, 丸山美帆子, 杉山輝樹, 岡田修司, 森勇介, 中林誠一郎, 吉村政志, 吉川洋史
Organizer
光・量子ビーム科学合同シンポジウム2020（OPTO2020）
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