2022 Fiscal Year Annual Research Report
Heterogeneity and hierarchy of biomacromolecular dynamics revealed by new methods of fluorescence correlation measurement
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21H01897
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
石井 邦彦 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (80391853)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 蛍光相関分光 / 一分子計測 / 生体高分子 / 動的不均一性 / 階層的ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．走査型2D-FLCSによる生体高分子の広ダイナミックレンジ計測：本研究テーマについては前年度までに、走査型2D-FLCSの開発とDNAホリデイジャンクションへの応用に関する論文発表を完了している。本年度は関連する研究テーマとして、基板に固定したDNAホリデイジャンクションの一分子FRET信号計測を行った。その結果をデータ解析の専門家に提供する形で共同研究を行い、ノンパラメトリックベイズ推定を用いた一分子FRET信号の新たな解析法に関する成果を論文発表した。この解析法は従来法とは異なるアプローチで信号に含まれる情報を最大限に引き出すものであり、我々が提供した実験データによりこの新たな解析法の実用性を検証することが可能となった。
２．多点相関計測によるダイナミクスの不均一性・階層性の検出：本研究テーマについては、当初の計画を若干変更して、多点相関解析により二点相関関数から得られなかった情報を引き出すという発想はそのままに、多次元の光子相関マップを活用したより広い意味での不均一性・ダイナミクスの計測手法の開発を行うこととした。本年度は、マイクロ流路を用いたラピッドミキシング法と2D-FLCSを組み合わせる手法の開発を行った。本手法では、マイクロ流路上で遅延時間を変えながら多数の２次元マップを作成することで３次元の光子相関マップを構築し、これに対して独立成分分析を適用する。この手法を用いて、ダイナミクスを示す不均一系について信号のモデルフリー分離が可能であることを明らかにし、その原理および応用について学会発表を行った。本手法により、これまで特殊な工夫が必要であったラピッドミキシング法への一分子計測法の適用が簡便に行えるようになり、非平衡条件での生体高分子ダイナミクスを詳しく検討することが可能になると期待される。
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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
生体高分子の広ダイナミックレンジ計測においては、前年度までに基板固定した生体高分子への2D-FLCSの適用方法を確立し、DNAホリデイジャンクションの構造異性化ダイナミクスについて興味深い結果を得るとともに、学会発表および国際学術誌での論文発表を行うことができた。本年度はさらに確立した試料調製技術を応用して新たな共同研究につなげることができ、極めて順調に進捗していると言える。多点相関解析によるダイナミクスの不均一性・階層性の検出においては、当初の計画を変更して独立成分分析の応用を開始したが、こちらについても学会発表を行える成果が出ており、順調に進捗していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
生体高分子の広ダイナミックレンジ計測においては、走査型2D-FLCSの開発を終え、そこで得られたノウハウを生かした共同研究を形にすることができた。今後はさらなる可能性を探るため、共同研究を活用して自由拡散単一分子の長時間相関計測を検討する。多点相関解析によるダイナミクスの不均一性・階層性の検出においては、独立成分分析を応用した新しい解析法についてこれまでに得られた予備的な成果を論文にまとめるとともに、それを応用した研究を展開する。
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