2014 Fiscal Year Annual Research Report
コヒーレントX線回折顕微鏡法による真核細胞のナノメートル分解能空間階層構造解析
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25891033
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
高山 裕貴 独立行政法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 基礎科学特別研究員 (40710132)
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| Project Period (FY) |
2013-08-30 – 2015-03-31
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| Keywords | X線回折イメージング / 凍結水和試料 / 細胞・オルガネラ / 構造解析 / X線自由電子レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、X線自由電子レーザー(XFEL)や第三世代放射光を利用したコヒーレントX線回折顕微鏡法(CXDM)により、これまで困難だったミクロンサイズの細胞やオルガネラ「丸ごと」の内部構造を水和状態かつ高い分解能で可視化することを目指している。平成26年度は、XFELの効果的利用に向けた技術開発を実施し、XFEL施設SACLAにおいて葉緑体やバクテリアのイメージング実験を実施した。
(1)複数の測定窓と試料位置決定用窓を有する試料マウント具を設計・開発し、XFEL照射野の大面積化と試料中心出しの効率化を実現した。前年度までに開発した試料支持膜への生体粒子接着法と併せて、1試料あたりのXFEL照射数を10倍近く向上し、XFEL約1000ショット分の回折データを40分程度で取得可能となった。原子紅藻由来葉緑体のXFEL-CXDM実験を実施し、直径1～1.5 μmの葉緑体の投影像を複数得ることに成功し、葉緑体内部のチラコイド膜分布を明らかにした。
(2)CXDMによるイメージング分解能の向上に向けて、生体粒子と多数の金粒子を共にイメージングすることによる生体粒子回折シグナル増幅法を前年度に考案し、計算機実験で実証した。本手法の実験的実証に向けて、今年度は試料作製法を改善し、金粒子自体に吸着処理を施すことで生体粒子近傍により多くの金粒子を散布することが可能となった。本手法で作製したバクテリア・金粒子散布試料のXFEL-CXDM実験を実施し、シグナル増幅されたと見られる回折データの取得に成功した。現在、本データの解析と像再生アルゴリズムの高度化を進めている。
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(19 results)
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[Journal Article] Single-shot three-dimensional structure determination of nanocrystals with femtosecond X-ray free-electron laser pulses2014
Author(s)
Rui Xu, Huaidong Jiang, Changyong Song, Jose A. Rodriguez, Zhifeng Huang, Chien-Chun Chen, Daewoong Nam, Jaehyun Park, Marcus Gallagher-Jones, Sangsoo Kim, Sunam Kim, Akihiro Suzuki, Yuki Takayama et al. (他16名)
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 5
Pages: 4061
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Cryogenic coherent X-ray diffraction imaging of organelles at SACLA2015
Author(s)
Yuki Takayama, Koji Yonekura, Masaki Yamamoto, Amane Kobayashi, Yuki Sekiguchi, Tomotaka Oroguchi, Masayoshi Nakasako, Yayoi Inui, Sachihiro Matsunaga
Organizer
The 1st SACLA Workshop on Femtosecond Crystallography
Place of Presentation
Harima, Hyogo, Japan
Year and Date
2015-03-26 – 2015-03-26
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[Presentation] Cryogenic coherent X-ray diffraction imaging of cellular organelle particles2014
Author(s)
Yuki Sekiguchi, Amane Kobayashi, Saki Hashimoto, Tomotaka Oroguchi, Masayoshi Nakasako, Yuki Takayama, Koji Yonekura, Masaki Yamamoto, Yayoi Inui, Sachihiro Matsunaga, Yuichi Ichikawa, Hitoshi Kurumizaka, Mitsuhiro Shimizu
Organizer
第52回日本生物物理学会年会
Place of Presentation
北海道札幌市、札幌コンベンションセンター
Year and Date
2014-09-26 – 2014-09-26
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[Presentation] Cryogenic coherent X-ray diffraction imaging of biological particles at SACLA2014
Author(s)
Yuki Takayama, Masayoshi Nakasako, Tomotaka Oroguchi, Yuki Sekiguchi, Masaki Yamamoto, Koji Yonekura, Yukio Takahashi, Akihiro Suzuki, Sachihiro Matsunaga and Yayoi Tsujimoto-Inui
Organizer
23rd Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
Place of Presentation
Montreal, Quebec, Canada
Year and Date
2014-08-07 – 2014-08-07
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