2022 Fiscal Year Annual Research Report
人工ナノ筋肉の超解像イメージングとデータ同化によるメカノ協同現象の理解
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21H01053
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
岩城 光宏 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 主任研究員 (30432503)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | メカノバイオロジー / DNAナノテクノロジー / 筋収縮 / 協同現象 / ミオシン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、 独自に開発した人工ナノ筋肉を用いて筋ミオシンの協同現象の直接可視化を行うのが目的である。昨年度までに、筋ミオシンの協同現象を可視化するためのフォースセンサを人工ナノ筋肉に組み込むことに成功した。本年度では、筋ミオシンをDNAオリガミの足場構造に連結して、運動時の蛍光シグナルの観察を行った。これまで、本研究室では、ヒト骨格筋ミオシンIIaの発現に成功し実験に利用していたが、骨格筋ミオシンはアクチンとのアフィニティが低く本実験の難易度が上がるため、アフィニティの高いヒト心筋ミオシンβを新たに発現し実験に用いることにした。骨格筋ミオシンよりも発現量は落ちるが運動活性のあるサンプルの精製に成功した。このミオシンを連結した人工ナノ筋肉もアクチン上でプロセッシブに運動することを確認し、フォースセンサ由来の蛍光シグナルも得ることができた。しかしながら、観察に用いていたTIRF顕微鏡の不具合により蛍光画像の解析を定量的に行うのに十分な画像データを得ることができなかったため、顕微鏡の補修作業に時間を要した。そのため、計画の延長が必要となったが、最終的には、人工ナノ筋肉がアクチンフィラメント上をプロセッシブに運動時に、フォースセンサ由来の蛍光シグナルを観察することに成功した。複数個の筋ミオシン分子から構成される人工ナノ筋肉内部の力学的なコミュニケーションを蛍光によって直接可視化した世界で初めての観察であり、シミュレーション予測と合わせることで、協同現象の詳細の理解が進むと期待される。
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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
蛍光観察を行うためのTIRF顕微鏡の不具合によって補修作業に時間を要したが、活性のある心筋ミオシンβの精製に成功し、このミオシンを組み込んだ人工ナノ筋肉の運動観察および、フォースセンサ由来の蛍光シグナルの取得にも成功しているので、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
ミオシンの空間配置によって、異なる協同現象を生み出すことが私たちのシミュレーションから予測されているため、ガラスにランダムに固定したミオシン集団での観察、人工ナノ筋肉で、天然の筋肉内で観察されるようなミオシン空間配置での観察、天然構造とは異なるミオシン空間配置を持つ人工ナノ筋肉での観察を行い、フォースセンサ由来の蛍光シグナルの時空間パターンの解析を進めていく。
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