Development of microscopy techniques to simultaneously visualize the dynamics of the structure and local physical properties of a single protein
| Project/Area Number |
22K18943
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
内橋 貴之 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30326300)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 高速原子間力顕微鏡 / 一分子計測 / タンパク質 / 機械特性 / 電荷分布 / 物性 / 一分子 / 局所物性 / ダイナミクス |
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| Outline of Research at the Start |
高速原子間力顕微鏡(AFM)技術をベースとして、プローブ-試料間の力学的相互用を全て記録しながら、試料の機械特性と電荷情報をリアルタイムに抽出するマルチモーダル単一分子イメージング技術を開発する。これにより、溶液環境にある生体分子の構造と同時に、機械特性や電荷などの物性分布とそれらの時空間ダイナミクスの1 nm以下の空間分解能、100 ms以下の時間分解能での可視化を実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、溶液環境下における生体分子の構造と同時に、機械特性や電荷などの物理的特性分布およびそれらの時空間ダイナミクスを可視化するマルチモーダル単分子イメージング技術を開発することである。具体的には、高速AFMイメージングを行う中で、プローブと試料間の力学的相互作用を記録し、そのデータから試料の局所物性をリアルタイムで抽出する技術を開発する。
昨年度には、高速フォースボリューム計測が可能なシステムを構築し、モデル脂質膜における凝着力と硬さの分布を3秒ごとのフレームレートで計測することが成功した。今年度は、まずアミロイドβ線維を試料として使用し、その表面構造と同時に力学特性の計測を試みた。しかしながら、探針の押し込み量を正確に制御できなかったため、アミロイド線維が破壊されてしまうという問題が発生した。現在、探針が一定の力を感知した際に試料から引き離す負荷制御の方法を検討している。また、アミロイド線維の形状効果が力学特性計測に影響を及ぼしており、現在のところ正確な計測が困難であることが判明した。
これを踏まえ、より大きなサンプルを用いた実験へと方針を転換した。大腸菌の分裂過程における形態と機械特性（ヤング率）の時間発展を観察し、大腸菌の形状効果をヤング率の分布データに補正を施すことに成功した。この計測により、大腸菌の分裂面でヤング率が一時的に増大する現象、また分裂直後の大腸菌のヤング率が個体によって異なることが明らかになった。今後は、この装置をさらに高度化し、単分子レベルでの力学および電気特性のマッピングが可能なシステムへと発展させていく。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
