2016 Fiscal Year Annual Research Report
Exploring mechanism of gene expression noise in eukaryotic cells
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26650055
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
谷口 雄一 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, ユニットリーダー (90556276)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | １分子・１細胞生物学 / 生物物理学 / システム生物学 / 超高感度顕微鏡技術 / 微細加工技術 / 生命反応の物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度である本年度においては、遺伝子発現の中途産物であるmRNA、並びに最終産物であるタンパク質の発現のライブセルイメージング解析を行った。発現量の定量化を行うにあたり、本研究ではライトシート型蛍光顕微鏡を構築した。本顕微鏡法では、観察を行う対物レンズの横側から試料の観察面に対して選択的にレーザーを照射することで、観察面外の蛍光退色を抑えることが可能となり、３次元スタック撮影を行った際に細胞内の蛍光量を定量的に測定することが可能となる。ライトシート型蛍光顕微鏡を定量測定に用いるにあたり、毎回試料をセットする際に生じる光学系のずれや微小な振動、熱ドリフトが問題となったが、代表者は顕微鏡の機械設計を最適化することによりそれを解消することに成功した。一方で、今回測定に用いる出芽酵母は、大腸菌と比較して強い自家蛍光を持っているため、蛍光がバックグラウンドの自家蛍光で打ち消されてしまう現象が確認された。このため代表者は、自家蛍光を最小化するための培養条件を確立するとともに、蛍光タンパクを2～3個程度タンデムに融合したものをプローブとして用いることによって、１分子のmRNA・タンパク質を細胞内において可視化することに成功した。この際、得られた画像にノイズ処理フィルターを適用することにより、微弱なスポットを明確に捉えることができるようになった。得られた動画からは、mRNAが転写され、核内を拡散し、核膜孔を通過し、細胞質に移動し、タンパク質が翻訳され、mRNAが分解される過程を観察することができる。各ステップに注目して、mRNA及びタンパク質の発現量分布の変化を解析したところ、翻訳の過程においてノイズが大きく変化していることが分かってきた。本研究の結果は、真核細胞のノイズ生成原理の理解、並びに１細胞動態の定式化・予測に大きく貢献するものであると期待できる。
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