分子の揺らぎを邪魔しない小さな標識を用いた高速1分子顕微鏡の開発

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K06167
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 池崎 圭吾 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10722960)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 超解像顕微鏡 / 1分子計測

Outline of Annual Research Achievements

生体分子モーターは、柔軟な分子構造と熱揺らぎによる確率的な振る舞いを巧みに利用することで、乱雑な細胞内環境において効率的に機能していると考えられている。近年、超高速計測によって分子モーターの揺らぎを利用した動作機能の解明が進んできている。しかしながら、現在の高速計測では分子モーターと同等あるいは1桁大きいプローブを用いる必要があるため、分子モーターの揺らぎが大きく抑制される。その為、本研究開発では分子モーターの本来の機能を解明するために小さなプローブを用いた高速計測法の開発を試みている。
昨年度は初年度に引き続き高速1分子超解像顕微鏡の開発・計測システムの構築および構築した顕微鏡を用いてキネシン分子モーターの1分子計測を実施した。具体的には、構造化照明光の励起光強度の変化量(傾斜)を大きくし単位時間・変位距離当たりの蛍光光子数の絶対量・相対変化量を増大させることで時空間分解能を1桁以上向上させた。さらに自発的に動き回る分子モーターを速やかに検出・追跡するためにソフトウェアの改良を行い、検出から追跡開始までの時間を１ミリ秒程度で行うことに成功した。これらの開発を通して構築した高速1分子超解像顕微鏡を用いて小さな蛍光標識(Atto647n)で修飾したキネシン1分子の高速追跡を実施した。その結果、キネシンのステッピングに伴う蛍光色素の変位をサブミリ秒の時間分解能で計測することに成功した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

計画通りに進捗している。

Strategy for Future Research Activity

ここまでの研究は当初の予定通りに順調に進捗しており本年度の研究計画に変更はない。
本年度はこれまでの2年間で開発した超解像顕微鏡を用いてキネシンの高速1分子計測を実施し、標識による立体障害負荷の無い状態の分子モーターの振る舞いを明らかにする。

Causes of Carryover

昨年度に購入予定であった装置の性能確認に時間を要したため該当予算を繰り越すことにした。昨年度中に性能確認は無事に完了したため本年度予算(繰越金)にて購入した(執行済み)。