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2021 Fiscal Year Annual Research Report

回転拡散測定による細胞内転写因子の情報伝達特性の研究

Publicly Offered Research

Project AreaInformation physics of living matters
Project/Area Number 20H05522
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

金城 政孝  北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (70177971)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Keywords蛍光測定 / 細胞内情報伝達 / 拡散運動 / 1分子蛍光強度
Outline of Annual Research Achievements

細胞内シグナル伝達系には2量体化して活性化するタンパク質が多く存在するが分子量が増加することで拡散運動性低下し,核膜孔を通過するにも不利となる。このような一見矛盾する事象の中に,シグナル伝達経路における生命現象の特性があると申請者は捉えた。
その解明のためには生細胞内でのタンパク質の拡散運動を捉えるためには細胞内分子クラウディング効果の影響を考慮しつつ拡散状態の解析を行う必要がある。
まずそのために、分子クラウディング効果の影響を比較するために溶媒中(PBSや純水)の並進ならびに回転拡散時間で各種クラウダ―材料内での拡散時間を割った値である相対並進拡散時間(TD)と相対回転拡散時間(TR)が利用できるか検討した。その結果,均一なショ糖溶液中などでは溶質の濃度に関係なくそれぞれの比,R=TR/TDは1に近い値を取ることが示された。一方,PEG6000やFicol, BSAなどの種々の高分子溶液中では回転拡散よりも並進拡散の方が阻害されることから、溶質の濃度に依存してRは1よりも小さくなる結果となり、種々のクラウダ―の種類により特徴的な値があることが分かった。
またタンパク質2量体の定量的2次元イメージング法の確立を目指した。今年度はパラメーター推定について経験ベイズ法Empirical Bayes Method; EBと事後最大確率Maximum a Posteriori; MAP並びに推定を採用したEB MAP N&Bについて検討した。これまでの N&BではまれにParticle NumberとParticle Brightnessの推定値はそれぞれ無限大と0になってしまう。経験ベイズ法を用いて画像の空間情報を活用する手法の開発を行った。その結果、本手法の統計モデルでは、隣り合うピクセル同士のパラメーターは似通った値になると仮定することで可能となった。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (9 results)

All 2021

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Molecular basis of functional exchangeability between ezrin and other actin-membrane associated proteins during cytokinesis2021

    • Author(s)
      Yang Guang、Hiruma Shota、Kitamura Akira、Kinjo Masataka、Mishra Mithilesh、Uehara Ryota
    • Journal Title

      Experimental Cell Research

      Volume: 403 Pages: 112600~112600

    • DOI

      10.1016/j.yexcr.2021.112600

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Conformational stabilization of optineurin by the dynamic interaction of linear polyubiquitin2021

    • Author(s)
      Kitamura Akira、Numazawa Rika、Kinjo Masataka
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 559 Pages: 203~209

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2021.04.103

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Empirical Bayes method using surrounding pixel information for number and brightness analysis2021

    • Author(s)
      Fukushima Ryosuke、Yamamoto Johtaro、Kinjo Masataka
    • Journal Title

      Biophysical Journal

      Volume: 120 Pages: 2156~2171

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2021.03.033

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantitative evaluation of macromolecular crowding environment based on translational and rotational diffusion using polarization dependent fluorescence correlation spectroscopy2021

    • Author(s)
      Yamamoto Johtaro、Matsui Akito、Gan Fusako、Oura Makoto、Ando Riku、Matsuda Takahiro、Gong Jian Ping、Kinjo Masataka
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41598-021-89987-7

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Interaction between Spike Protein of SARS-CoV-2 and Human Virus Receptor ACE2 Using Two-Color Fluorescence Cross-Correlation Spectroscopy2021

    • Author(s)
      Fujimoto Ai、Lyu Yidan、Kinjo Masataka、Kitamura Akira
    • Journal Title

      Applied Sciences

      Volume: 11 Pages: 10697~10697

    • DOI

      10.3390/app112210697

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] N 末側の特性がTDP-43カルボキシル末端断片の凝集形成状態を決定する2021

    • Author(s)
      北村 朗、呂 依丹、藤本 愛、川島 怜維、森谷 香南、高橋 一帆、金城 政孝
    • Organizer
      第73回日本細胞生物学会大会
  • [Presentation] 筋萎縮性側索硬化症における凝集性タンパク質TDP43のカルボキシル末端断片とRNA の相互作用解析2021

    • Author(s)
      藤本 愛、金城 政孝、北村 朗
    • Organizer
      第73回日本細胞生物学会大会
  • [Presentation] Cellular dynamics of biomolecules2021

    • Author(s)
      Masataka Kinjo
    • Organizer
      Virtual Workshop on Fluorescence Correlation Spectroscopy ( FCS) Dedicated to Prof. Rudolf Rigler on the Occasion of his 85 th Birthday
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 蛍光相関分光測定の展開とタンパク質相互作用解析2021

    • Author(s)
      金城政孝
    • Organizer
      第17 回バイオオプティクス研究会
    • Invited

URL: 

Published: 2022-12-28  

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