脳組織構築過程で移動する神経細胞と取り巻く場の可視化と光操作

• 研究領域: 脳構築における発生時計と場の連携
• 研究課題/領域番号: 16H06487
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 松田 知己 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (50419206)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 84,760千円 (直接経費: 65,200千円、間接経費: 19,560千円); 2020年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円); 2019年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円); 2018年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円); 2017年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円); 2016年度: 26,520千円 (直接経費: 20,400千円、間接経費: 6,120千円)
• キーワード: ライブイメージング / 蛍光タンパク質 / 生物発光 / 細胞動態 / 化学発光

研究成果の概要

リソソーム等の酸性条件下での蛍光イメージングを達成する耐酸性緑色蛍光タンパク質、小胞体等のカルシウム濃度の高いオルガネラでのカルシウム動態の観察を可能にする生物発光低親和性カルシウムセンサー、細胞間接着タンパク質カドヘリンの相互作用を検出する蛍光センサー等の細胞内外の様々な環境でのライブイメージングに適用可能なプローブを開発した。また、光照射によって活性酸素を産生し、タンパク質、細胞の機能破壊の時空間制御を行うことのできる緑色の光増感蛍光タンパク質を開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ライブイメージングは生命科学研究で汎用的に用いられているが、蛍光タンパク質や生物発光タンパク質の光化学的な性質やセンサーの検出範囲の制限等により、既存のプローブがあらゆる環境でうまく機能するという訳では無い。本研究で開発したプローブは、酸性条件下や高カルシウイオン濃度の様な既存のプローブではイメージングが困難であった環境でのイメージングを可能にし、これまで得ることのできなかったイメージングデータから、脳神経発生における新たな発見がもたらされることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Development of FRET-based indicators for visualizing homophilic trans interaction of a clustered protocadherin (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanadome Takashi、Hoshino Natsumi、Nagai Takeharu、Matsuda Tomoki、Yagi Takeshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 22237-22237
  • DOI: 10.1038/s41598-021-01481-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bioluminescent Ratiometric Indicator for Analysis of Water Hardness in Household Water (2020)
  • 著者名/発表者名: Hossain Md Nadim、Ishida Ryuichi、Hattori Mitsuru、Matsuda Tomoki、Nagai Takeharu
  • 雑誌名: Sensors 巻: 20 号: 11 ページ: 3164-3164
  • DOI: 10.3390/s20113164
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 多色の光増感蛍光タンパク質を用いた複数機能の個別破壊 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松田知己、永井健治
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 4 ページ: 61-65
  • NAID: 40022457168
• [雑誌論文] 光増感蛍光タンパク質を用いた多色機能破壊 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松田 知己、永井 健治
  • 雑誌名: 月刊 細胞 巻: 52 ページ: 93-96
• [雑誌論文] Hierarchical Development of Motile Polarity in Durotactic Cells Just Crossing an Elasticity Boundary (2020)
  • 著者名/発表者名: Thasaneeya Kuboki, Hiroyuki Ebata, Tomoki Matsuda, Yoshiyuki Arai, Takeharu Nagai, Satoru Kidoaki
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 45 号: 1 ページ: 33-43
  • DOI: 10.1247/csf.19040
  • NAID: 130007801487
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visible-wavelength two-photon excitation microscopy with multifocus scanning for volumetric live-cell imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Oketani, Haruka Suda, Kumiko Uegaki, Toshiki Kubo, Tomoki Matsuda, Masahito Yamanaka, Yoshiyuki Arai, Nicholas I. Smith, Takeharu Nagai, Katsumasa Fujita
  • 雑誌名: JOURNAL OF BIOMEDICAL OPTICS 巻: 25 号: 01 ページ: 014502-014502
  • DOI: 10.1117/1.jbo.25.1.014502
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acid-Tolerant Reversibly Switchable Green Fluorescent Protein for Super-resolution Imaging under Acidic Conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinoda Hajime、Lu Kai、Nakashima Ryosuke、Wazawa Tetsuichi、Noguchi Kosuke、Matsuda Tomoki、Nagai Takeharu
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 26 号: 10 ページ: 1469-1479.e6
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2019.07.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetically encoded fluorescence/bioluminescence bimodal indicators for Ca2+ imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Israt Farhana, Md Nadim Hossain, Kazushi Suzuki,Tomoki Matsuda, Takeharu Nagai
  • 雑誌名: ACS Sensors 巻: 4 号: 7 ページ: 1825-1834
  • DOI: 10.1021/acssensors.9b00531
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bioluminescent Low-Affinity Ca2+ Indicator for ER with Multicolor Calcium Imaging in Single Living Cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Hossain Md Nadim、Suzuki Kazushi、Iwano Megumi、Matsuda Tomoki、Nagai Takeharu
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 13 号: 7 ページ: 1862-1871
  • DOI: 10.1021/acschembio.7b01014
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Green monomeric photosensitizing fluorescent protein for photo-inducible protein inactivation and cell ablation (2018)
  • 著者名/発表者名: Riani Yemima Dani、Matsuda Tomoki、Takemoto Kiwamu、Nagai Takeharu
  • 雑誌名: BMC Biology 巻: 16 号: 1 ページ: 50-50
  • DOI: 10.1186/s12915-018-0514-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An improved inverse-type Ca2+ indicator can detect putative neuronal inhibition in Caenorhabditis elegans by increasing signal intensity upon Ca2+ decrease (2018)
  • 著者名/発表者名: Hara-Kuge Sayuri、Nishihara Tomonobu、Matsuda Tomoki、Kitazono Tomohiro、Teramoto Takayuki、Nagai Takeharu、Ishihara Takeshi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 号: 4 ページ: e0194707-e0194707
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0194707
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Uninterrupted monitoring of drug effects in human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes with bioluminescence Ca2+ microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Kazushi、Onishi Takahito、Nakada Chieko、Takei Shunsuke、Daniels Matthew J.、Nakano Masahiro、Matsuda Tomoki、Nagai Takeharu
  • 雑誌名: BMC Research Notes 巻: 11 号: 1 ページ: 313-313
  • DOI: 10.1186/s13104-018-3421-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spontaneously Blinking Fluorescent Protein for Simple Single Laser Super-Resolution Live Cell Imaging (2018)
  • 著者名/発表者名: Arai Yoshiyuki、Takauchi Hiroki、Ogami Yuhei、Fujiwara Satsuki、Nakano Masahiro、Matsuda Tomoki、Nagai Takeharu
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 13 号: 8 ページ: 1938-1943
  • DOI: 10.1021/acschembio.8b00200
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acid-Tolerant Monomeric GFP from Olindias formosa (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinoda Hajime、Ma Yuanqing、Nakashima Ryosuke、Sakurai Keisuke、Matsuda Tomoki、Nagai Takeharu
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 25 号: 3 ページ: 330-338.e7
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2017.12.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Transient Rise in Free Mg 2+ Ions Released from ATP-Mg Hydrolysis Contributes to Mitotic Chromosome Condensation (2018)
  • 著者名/発表者名: Maeshima Kazuhiro、Matsuda Tomoki、Shindo Yutaka、Imamura Hiromi、Tamura Sachiko、Imai Ryosuke、Kawakami Syoji、Nagashima Ryosuke、Soga Tomoyoshi、Noji Hiroyuki、Oka Kotaro、Nagai Takeharu
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 28 号: 3 ページ: 444-451
  • DOI: 10.1016/j.cub.2017.12.035
  • NAID: 120006380520
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Methods for monitoring signaling molecules in cellular compartments (2017)
  • 著者名/発表者名: Agetsuma Masakazu、Matsuda Tomoki、Nagai Takeharu
  • 雑誌名: Cell Calcium 巻: 64 ページ: 12-19
  • DOI: 10.1016/j.ceca.2016.12.002
  • 査読あり
• [学会発表] Development of fluorescent indicators for visualization of N-cadherin interaction across cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Matsuda
  • 学会等名: The International Symposium on Development and Plasticity of Neural Systems
  • 国際学会
• [学会発表] ライブイメージング・操作のための高機能蛍光タンパク質の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松田 知己、永井 健治
  • 学会等名: レーザー学会 学術講演会 第41回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] 蛍光タンパク質の基本的性質と多角的な利用 / X-Light V2を用いたSRRF超解像イメージング (2021)
  • 著者名/発表者名: 松田知己
  • 学会等名: Imaging Bootcamp, 北海道大学大学院医学研究院 細胞生理学教室 主催、文部科学省科学研究費助成事業学術変革領域研究(A)「物質共生」共済
  • 招待講演
• [学会発表] Acid-resistant Reversibly Switchable Green Fluorescent Protein for Super-resolution Imaging in Acidic Environments (2019)
  • 著者名/発表者名: Hajime Shinoda, Ryosuke Nakashima, Tetsuichi Wazawa, Kosuke Noguchi, Tomoki Matsuda, Takeharu Nagai
  • 学会等名: Focus on Microscope, London, United Kigdom
  • 国際学会
• [学会発表] 光刺激によりタンパク質機能阻害・細胞死を誘導する単量体光増感緑色蛍光タンパク質 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yemima Dani Riani, 松田 知己, 竹本 研, 永井 健治
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会, 神戸国際会議場
• [学会発表] Monomeric green fluorescent protein based photosensitizer for photo-inducible protein inactivation and cell death (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Matsuda, Yemima Dani Riani, Kiwamu Takemoto, Takeharu Nagai
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会, 宮崎県・シーガイアコンベンションセンター
• [学会発表] Acid-tolerant Reversibly Switchable Green Fluorescent Protein for Super-resolution Imaging in Acidic Conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: Hajime Shinoda, Kai Lu, Ryosuke Nakashima, Tetsuichi Wazawa, Kosuke Noguchi, Tomoki Matsuda, Takaharu Nagai
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会, 宮崎県・シーガイアコンベンションセンター
• [学会発表] Fluorescent Ca2+ indicators for multiplexed super-resolution imaging at nanoscopic cellular domain (2019)
  • 著者名/発表者名: Kai Lu, Tomoki Matsuda, Tetsuichi Wazawa, Takeharu Nagai
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会, 宮崎県・シーガイアコンベンションセンター
• [学会発表] Photosensitizing green fluorescent protein for photo-inducible protein inactivation and cell death Presenter (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Matsuda, Yemima Dani Riani, Kiwamu Takemoto, Takeharu Nagai
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会, 福岡国際会議場
• [学会発表] A bimodal bioluminescent Ca2+ indicator toward spatiotemporally-scalable imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Matsuda, Israt Farhana, Kazhshi Suzuki and Takeharu Nagai
  • 学会等名: SPIE. PHOTONICS WEST BIOS, The Moscone Center San Francisco, United States
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Bimodal Ca2+ indicator toward spatiotemporally-scalable imaging (2018)
  • 著者名/発表者名: Israt Farhana, Kazushi Suzuki, Tomoki Matsuda, Takeharu Nagai
  • 学会等名: 生理学研究所研究会, 生理学研究所
• [学会発表] Fluorescent and Bioluminescent Protein Based Probes for Visualization of Biological events (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Matsuda
  • 学会等名: 24th iCeMS International Symposium, iCeMS Kyoto University
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 蛍光タンパク質とハサミは使いよう (2018)
  • 著者名/発表者名: 松田 知己
  • 学会等名: 日本化学会生体機能関連化学部会若手の会, ANA ホリデイ・イン リゾート 宮崎
  • 招待講演
• [学会発表] ライブイメージングツール開発のための蛍光・生物発光蛋白質工学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松田 知己
  • 学会等名: 第18回 日本蛋白質科学会年会, 朱鷺メッセ
• [学会発表] 光スイッチング Ca2+指示薬 -超解像機能イメージングを目指して- (2017)
  • 著者名/発表者名: 松田 知己、藤原 沙都姫、永井 健治
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「シグナル動態の可視化と操作に基づく多階層機能解析の新展開」, 生理学研究所
• [学会発表] 酸性オルガネラ内機能イメージングのための、耐酸性GFP の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 篠田 肇、Yuanqing Ma、中島 良介、櫻井 啓介、松田 知己、永井 健治
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「シグナル動態の可視化と操作に基づく多階層機能解析の新展開」, 生理学研究所
• [学会発表] Development of chemiluminescent low affinity Ca2+ indicators applicable to analyzing Ca2+ dynamics in endoplasmic reticulum (2017)
  • 著者名/発表者名: Nadim H、鈴木 和志、岩野 恵、松田 知己、永井 健治
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「シグナル動態の可視化と操作に基づく多階層機能解析の新展開」, 生理学研究所
• [学会発表] ハナガサクラゲ由来の耐酸性・単量体型GFP (2017)
  • 著者名/発表者名: 篠田 肇、Ma Yuanqing、中島 良介、櫻井 啓介、松田 知己、永井 健治
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会, 熊本大学
• [学会発表] Multicolor Bioluminescent Calcium Imaging Across Three Orders of [Ca2+] Magnitude in Single Living Cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Nadim H, Suzuki K, Iwano M, Matsuda T, Nagai T.
  • 学会等名: 20th International Symposium on Calcium Binding Proteins and Calcium Function in Health and Disease, Awaji Yumebutai
• [学会発表] Fluorescent/Bioluminescent Protein-Based Ca2+ Probes and Photo Manipulation for Imaging of Physiological Functions (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuda T, Nagai T.
  • 学会等名: 20th International Symposium on Calcium Binding Proteins and Calcium Function in Health and Disease, Awaji Yumebutai
  • 招待講演
• [学会発表] 生理機能イメージングのための蛍光・発光タンパク質を用いたCa2+プローブと光操作 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松田 知己、永井 健治
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会, 神戸ポートアイランド
• [学会発表] Development of Chemiluminescent Ca2+ Indicators with Expanded Dynamic Range (2016)
  • 著者名/発表者名: Mai Ashitani, Kazushi Suzuki, Tomoki Matsuda and Takeharu Nagai
  • 学会等名: The 20th ISIR International Symposium “Molecular Technology Frontiers towards IoT World”
  • 国際学会
• [学会発表] Acid resistant monomeric GFP derived from Olindias formosa (2016)
  • 著者名/発表者名: Hajime Shinoda , Yuanqing Ma, Ryosuke Nakashima, Keisuke Sakurai, Akihito Yamaguchi, Tomoki Matsuda, Takeharu Nagai
  • 学会等名: The 20th ISIR International Symposium “Molecular Technology Frontiers towards IoT World”
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Bioluminescent Low Affinity Ca2+ Indicators Applicable to Analysis of Ca2+ Dynamics in Endoplasmic Reticulum (2016)
  • 著者名/発表者名: Nadim Hossain, Kazushi Suzuki, Megumi Iwano, Tomoki Matsuda and Takeharu Nagai
  • 学会等名: The 20th ISIR International Symposium “Molecular Technology Frontiers towards IoT World”
  • 国際学会
• [図書] 先端の分析法 第2版 / 永井 健治, 松田 知己, 鈴木 和志, 篠田 肇, タンパク質プローブ, pp.317-323 (2022)
  • 著者名/発表者名: 澤田 嗣郎、小澤 岳昌、北森 武彦、中村 洋（東京理科大学名誉教授）、藤浪 眞紀、宮村 一夫、石丸 洋一郎、浦野 泰照、加地 範匡、坂 真智子、鈴木 茂、瀬藤 光利、宗林 由樹、馬場 嘉信、船津 公人、本田 暁紀、末永 智一、宮野 博、本山 晃
  • 総ページ数: 1072
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860437374
• [図書] Live Cell Imaging / Mitsuru Hattori, Tomoki MatsudaTakeharu Nagai, Method for Detecting Emission Spectral Change of Bioluminescent Ratiometric Indicators by a Smartphone, Chapter 25, pp295～304 (2021)
  • 著者名/発表者名: Editor: Sung-Bae Kim
  • 総ページ数: 447
  • 出版者: Humana, New York, NY
  • ISBN: 9781071612576
• [図書] Advances in Experimental Medicine and Biology, Optogenetics / Yemima Dani Riani, Tomoki Matsuda, Takeharu Nagai, Genetically Encoded Photosensitizer for Destruction of Protein or Cell Function, pp 265～279 (2021)
  • 著者名/発表者名: Editors: Hiromu Yawo, Hideki Kandori, Amane Koizumi, Ryoichiro Kageyama
  • 総ページ数: 663
  • 出版者: Springer, Singapore
  • ISBN: 9789811587627
• [図書] Methods in Molecular Biology, Multiplexed Imaging / Kazushi Suzuki, Md Nadim Hossain, Tomoki Matsuda, Takeharu Nagai, Multicolor Bioluminescence Imaging of Subcellular Structures and Multicolor Calcium Imaging in Single Living Cells, pp 229～237 (2021)
  • 著者名/発表者名: Editor: Eli Zamir
  • 総ページ数: 343
  • 出版者: Humana, New York, NY
  • ISBN: 9781071615928
• [備考] 耐酸性・単量体型緑色蛍光タンパク質Gamillusの開発
  • URL: https://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/bse/fluorescentprotein.html
• [備考] 発光・蛍光タンパク質プローブの開発 耐酸性・単量体型緑色蛍光タンパク質Gamillusの開発
  • URL: https://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/bse/research_101205_1.html
• [備考] 発光・蛍光タンパク質プローブの開発 耐酸性・単量体型緑色蛍光タンパク質Gamillusの開発
  • URL: http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/bse/research_101205_1.html
• [産業財産権] 蛍光タンパク質 (2018)
  • 発明者名: 永井健治、篠田肇、松田知己、マ ユアンキン
  • 権利者名: 永井健治、篠田肇、松田知己、マ ユアンキン
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
  • 取得年月日: 2021
  • 外国
• [産業財産権] 蛍光タンパク質 (2018)
  • 発明者名: 永井健治、篠田肇、松田知己、マ ユアンキン
  • 権利者名: 永井健治、篠田肇、松田知己、マ ユアンキン
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
  • 取得年月日: 2020