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未開拓タンパク質の1分子計測技術・デバイス開発

Planned Research

Project AreaMultifaceted Proteins: Expanding and Transformative Protein World
Project/Area Number 20H05931
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

渡邉 力也  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (30540108)

Project Period (FY) 2020-11-19 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥120,250,000 (Direct Cost: ¥92,500,000、Indirect Cost: ¥27,750,000)
Fiscal Year 2022: ¥20,670,000 (Direct Cost: ¥15,900,000、Indirect Cost: ¥4,770,000)
Fiscal Year 2021: ¥19,630,000 (Direct Cost: ¥15,100,000、Indirect Cost: ¥4,530,000)
Fiscal Year 2020: ¥39,000,000 (Direct Cost: ¥30,000,000、Indirect Cost: ¥9,000,000)
Keywords1分子生物物理学 / bioMEMS / 1分子計測
Outline of Research at the Start

本研究では、独自のマイクロチップ/1分子計測技術群を総動員・先鋭化させると共に、様々な異分野技術との融合研究を加速させる。そして、疑似細胞環境におけるタンパク質の多元的かつ網羅的な解析基盤を開発し、タンパク質科学のフロンティア開拓を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

近年、従来のタンパク質の概念を覆す、細胞内でのタンパク質の特殊な存在様式や機能発現様式が注目されている。このような背景の下、タンパク質の機能を正しく理解するためには、単に細胞から単離して精微に解析するだけでなく、細胞環境をin vitroで再現する新規手法の開発が必要不可欠となる。本研究では、独自のマイクロチップ技術と様々な異分野技術との融合を通じて、細胞機能の再構築技術を確立するとともに、レパートリーが増えつつある種々の新規タンパク質の1分子機能計測技術を世界に先駆けて実現することを目的としている。本年度は、近年基礎/応用研究の両面で汎用される核酸編集/検出酵素であるCRISPR-Cas13aの新規1分子計測技術の開発し、LbuCas13a、LwaCas13a、およびLtrCas13aなどの各種orthologにおける酵素活性パラメーターを定量することに成功した。そして、これまで汎用されてこなかったLtrCas13aの活性が最も高く、核酸検出酵素として最適であることが判明した(Commun Biol 2022)。また、自動分注ロボットと蛍光顕微鏡を連動させた新システムを開発することで、サンプル調製から1分子計測に至る全プロセスの自動化にも成功した。この技術基盤は、未開拓タンパク質の網羅的な1分子機能解析を行う上で必要不可欠であり、本研究計画を遂行するうえで、最適な技術基盤が確立しつつあると言える。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の目標であった、1)新規酵素の1分子計測技術の開発、2)網羅的な1分子計測技術の実現の両方を達成することができたため、本年度の研究はおおむね順調に進展したと考えている。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、マイクロチップを用いた1分子計測技術の高度化を目指すとともに、計測対象のバリエーションを増やしていきたいと考えている。また、細胞環境の再構築技術も併せて開発を行いたいと考えている。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(18 results)

All 2021 2020

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 16 results)

  • [Journal Article] Amplification-free RNA detection with CRISPR?Cas132021

    • Author(s)
      Shinoda Hajime、Taguchi Yuya、Nakagawa Ryoya、Makino Asami、Okazaki Sae、Nakano Masahiro、Muramoto Yukiko、Takahashi Chiharu、Takahashi Ikuko、Ando Jun、Noda Takeshi、Nureki Osamu、Nishimasu Hiroshi、Watanabe Rikiya
    • Journal Title

      Commun. Biol.

      Volume: 4 Pages: 476-476

    • DOI

      10.1038/s42003-021-02001-8

    • Related Report
      2021 Annual Research Report 2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Monodisperse Liposomes with Femtoliter Volume Enable Quantitative Digital Bioassays of Membrane Transporters and Cell-Free Gene Expression2020

    • Author(s)
      Soga, N., Ota, A., Nakajima, K., Watanabe, R., Ueno, H., & Noji, H.
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 14 Pages: 11700-11711

    • DOI

      10.1021/acsnano.0c04354

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 新型コロナウイルスの非増幅・迅速検出法の開2021

    • Author(s)
      渡邉力也
    • Organizer
      第15回スフィンゴテラピ研究会
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    • Author(s)
      渡邉力也
    • Organizer
      第12回スクリーニング研究会
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  • [Presentation] マイクロチップを利用した新型コロナウイルスの非増幅迅速検出技術2021

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      渡邉力也
    • Organizer
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    • Int'l Joint Research / Invited
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    • Author(s)
      渡邉力也
    • Organizer
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      渡邉力也
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      渡邉力也
    • Organizer
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    • Author(s)
      渡邉力也
    • Organizer
      電気学会E部門総合研究会
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      Rikiya Watanabe
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  • [Presentation] 酵素反応を指標としたウイルスのデジタル検出技術の開発2021

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      渡邉力也
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      第21回蛋白質科学会年会シンポジウム「蛋白質科学が社会へ与えるインパクト」
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      渡邉力也
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  • [Presentation] Single-molecule analysis of bio-molecules and its application2021

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      Rikiya Watanabe
    • Organizer
      IEEE NEMS,
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    • Author(s)
      渡邉力也
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    • Author(s)
      渡邉力也
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      第56回日本生物物理学会年会 シンポジウム 「膜タンパク質を「生きた」状態で再構成・解析・利用するための新しい脂質膜テクノロジー」,
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  • [Presentation] マイクロチップを利用した生体分子の1分子高感度機能解析2020

    • Author(s)
      渡邉力也
    • Organizer
      第91回日本生化学会大会シンポジウム 「生体内計測技術が拓くタンパク質構造・機能相関と創薬展開」
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      2020 Annual Research Report
    • Invited

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Published: 2020-11-24   Modified: 2022-12-28  

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