蛍光偏光を用いた等方性分解能顕微鏡の開発と細胞膜動態の可視化
| Project/Area Number |
19KK0198
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 48:Biomedical structure and function and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大場 雄介 北海道大学, 医学研究院, 教授 (30333503)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤岡 容一朗 北海道大学, 医学研究院, 講師 (70597492)
佐藤 絢 北海道大学, 医学研究院, 博士研究員 (90854662)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 蛍光顕微鏡 / 偏光顕微鏡 / 等方性分解能 / 蛍光タンパク質 / 異方性 |
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| Outline of Research at the Start |
ダイナミックな生命現象を理解には、空間軸（x, y, z 軸）と時間軸（t 軸）の4次元すべてに関する情報が必要である。しかし、技術的限界からこの4次元情報すべての高分解能計測は不可能である。本研究では、蛍光の偏光と異方性を活用し、これまであまり注目されていなかった分子の「向き」を検出することで、すべての方向において等しい分解能と高い時間分解能を有する観察系を構築する。これにより、エンドサイトーシスの初期過程など 細胞膜のダイナミクスの観察が可能となる。将来的には「角度」あるいは「向き」に着目した生物学の新領域の開拓や、生体膜のダイナミクスを理解する学術基盤の構築を目指したい。
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| Outline of Annual Research Achievements |
緑色蛍光タンパク質 green fluorescent protein（GFP）の持つ異方性anisotropyを活用した角度センサーを開発した。これは二つの膜局在化シグナルによってGFPを細胞膜に固定したもので、GFPの発色団の向きと細胞膜の相対角度を一定に保った形で固定が可能となる。これによって、膜の傾きや曲率の変化により膜の蛍光偏光の角度が変化する。また、これらの膜局在化シグナルを様々な他の膜局在化シグナルに入れ替えた改変型角度センサー群も構築し、より高感度に膜の角度変化を検出すること、および細胞外刺激に応答して細胞膜の組成の変化を蛍光偏光の変化として検出することにも成功した。
また、角度センサーによって細胞膜の角度変化を計測するための全反射型蛍光偏光顕微鏡を自作し、稼働させている。この顕微鏡においては、励起光のxy方向の偏光は均一であるが、z方向成分については任意の向きに固定することが可能である。よって、この光学系を用いて上記の角度センサー群を発現する細胞を観察することで、一分子分解能による細胞膜の角度変化の測定が可能とした。
顕微鏡の性能確認には、共同研究先の米国マサチューセッツ州ウッズホールの海洋生物学研究所 Marine Biological Laboratory（MBL）のRudolf Oldenbourg博士およびResearch AdministratorのDana Mock-Munoz de Luna氏とコンタクトをとり2020年度の渡航予定を調整し、physiology course開催時期に訪問することを検討していたが、コロナ禍のため実現しなかった。顕微鏡開発についてはオンラインでの打ち合わせ以上のコミュニケーションの必要性に苦慮したが、なんとか予定通り完了した。現在はこの顕微鏡を用いて膜の動態観察をルーティンに行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究の進捗はオンライン打ち合わせの活用等により当初の予定を維持したものの、本計画の一つの目玉であった若手研究者のリアルな交流がコロナ禍により実現しなかったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度に共同研究先を訪問して偏光顕微鏡開発を行う予定であったが、世界的なCOVID-19の拡大により、実現しなかった。次年度もおそらく実施不可能と予測されるので、オンラインでの会議により補完したりすることで、2021年度の研究を推進し、全研究期間終了後には当初の計画どおりあるいはそれ以上の成果を出せるように、一層の工夫をしながら進める予定です。
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Report
(2 results)
Research Products
(22 results)
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[Journal Article] Calcium Wave Promotes Cell Extrusion2020
Author(s)
Takeuchi Y、Narumi R、Akiyama R、Vitiello E、Shirai T、Tanimura N、Kuromiya K、Ishikawa S、Kajita M、Tada M、Haraoka Y、Akieda Y、 Ishitani T、Fujioka Y、Ohba Y、Yamada S、Hosokawa Y、Toyama Y、Matsui T、Fujita Y
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Journal Title
Current Biology
Volume: 30
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Localization of BCR-ABL to Stress Granules Contributes to Its Oncogenic Function2019
Author(s)
Sayaka Kashiwagi, Yoichiro Fujioka, Takeshi Kondo, Aya O. Satoh, Aiko Yoshida, Mari Fujioka, Hitoshi Sasajima, Maho Amano, Takanori Teshima, Yusuke Ohba
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Journal Title
Cell Struct. Funct.
Volume: 44
Issue: 2
Pages: 195-204
DOI
NAID
ISSN
0386-7196, 1347-3700
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Folding Latency of Fluorescent Proteins Affects the Mitochondrial Localization of Fusion Proteins2019
Author(s)
Sayaka Kashiwagi, Yoichiro Fujioka, Aya O. Satoh, Aiko Yoshida, Mari Fujioka, Prabha Nepal, Atsushi Tsuzuki, Ozora Aoki, Sarad Paudel, Hitoshi Sasajima, Yusuke Ohba
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Journal Title
Cell Struct. Funct.
Volume: 44
Issue: 2
Pages: 183-194
DOI
NAID
ISSN
0386-7196, 1347-3700
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Development of immortalized human tumor endothelial cells from renal cancer2019
Author(s)
Nako Maishi, Hiroshi Kikuchi, Masumi Sato, Hiroko Nagao-Kitamoto, Dorcas A. Annan, Shogo Baba, Takayuki Hojo, Misa Yanagiya, Yusuke Ohba, Genichiro Ishii, Kenkichi Masutomi, Nobuo Shinohara, Yasuhiro Hida, Kyoko Hida
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Journal Title
International Journal of Molecular Sciences
Volume: 20
Pages: 4595-4595
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Clinical efficacy and safety of first-line nilotinib therapy and evaluation of the clinical utility of the FRET-based drug sensitivity test.2019
Author(s)
Kondo T, Fujioka M, Fujisawa S, Sato K, Tsuda M, Miyagishima T, Mori A, Iwasaki H, Kakinoki Y, Yamamoto S, Haseyama Y, Ando S, Shindo M, Ota S, Nishio M, Kurosawa M, Ohba Y, Teshima T, on behalf of the North Japan Hematology Study Group (NJHSG).
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Journal Title
International Journal of Hematology
Volume: 110
Pages: 482-489
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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