細胞内分子機能のナノイメージングと機能のモデル解析

• 研究領域: ナノメディシン分子科学
• 研究課題/領域番号: 23107002
• 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: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 樋口 秀男 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90165093)
• 研究分担者: 茅 元司 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (00422098)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 89,700千円 (直接経費: 69,000千円、間接経費: 20,700千円); 2015年度: 15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円); 2014年度: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2013年度: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2012年度: 25,090千円 (直接経費: 19,300千円、間接経費: 5,790千円); 2011年度: 14,820千円 (直接経費: 11,400千円、間接経費: 3,420千円)
• キーワード: 1分子 / 1粒子 / 細胞 / 運動 / マウス / in vivo / がん細胞 / イメージング / 筋肉 / 幹細胞 / 非侵襲 / 好中球 / GFP / ナノメートル

研究成果の概要

我々は，細胞内やマウス体内で起こる生命現象を1分子・1粒子・1細胞を高時空間分解能で観察し機能の解明を行った．マウス耳介に腫瘍化したがん細胞のイメージングや好中球の動く様子を，マウスを傷つけることなく高時空間分解能でイメージングした．観察像の結果，腫瘍からがん細胞が突起していることや好中球内の小胞は非常に活発に運動していることが明らかとなった．また，がん細胞の損傷度を定量化するために，細胞の位相差像を取得し各画素の光強度揺らぎから細胞内の運動を計測した．この計測結果は，これまでに行われた染色の結果とよく一致したことから，揺らぎ法を用いて細胞損傷を継時的に定量することが可能となった．

研究成果

• [雑誌論文] Quantitative evaluation of malignant gliomas damage induced by photoactivation of IR700 dye (2016)
  • 著者名/発表者名: Morito Sakuma, Sayaka Kita and Hideo Higuchi
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 巻: 17 号: 1 ページ: 473-482
  • DOI: 10.1080/14686996.2016.1205936
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Analysis of spontaneous oscillations for a three state power stroke model (2016)
  • 著者名/発表者名: Takumi Washio, Seine A. Shintani, Hideo Higuchi and Toshiaki Hisada
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 22 号: 2 ページ: 473-482
  • DOI: 10.1103/physreve.95.022411
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In vivo muscle force and muscle power during near-maximal frog jumps (2016)
  • 著者名/発表者名: Eug Kuan Moo, Daniel R Peterson, Timothy R Leonard, Motoshi Kaya, Walter Herzog
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 12 号: 3 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0173415
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Predictive diagnosis of the risk of breast cancer recurrence after surgery by single-particle quantum dot imaging. (2015)
  • 著者名/発表者名: Gonda K, Miyashita M, Higuchi H, Tada H, Watanabe TM, Watanabe M, Ishida T, Ohuchi N.
  • 雑誌名: Scientific Report. 巻: 22(5) 号: 1 ページ: 14322-14322
  • DOI: 10.1038/srep14322
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dynein arms are strain-dependent direction-switching force generators. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shingyoji, C., Nakano, I., Inoue, Y. and Higuchi, H.
  • 雑誌名: Cytoskeleton 巻: 72 号: 8 ページ: 388-401
  • DOI: 10.1002/cm.21232
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 生物の普遍性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 樋口秀男
  • 雑誌名: 生物物理学会誌 巻: 55 ページ: 285-285
  • NAID: 130005110033
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] A novel approach for purification and selective capture of membrane vesicles of the periodontopathic bacterium, Porphyromonas gingivalis: membrane vesicles bind to magnetic beads coated with epoxy groups in a noncovalent, species-specific manner. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakao R, Kikushima K, Higuchi H, Obana N, Nomura N, Bai D, Ohnishi M, Senpuku H.
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 9 号: 5 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0095137
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nano-scale measurement of biomolecules by optical microscopy and semiconductor nanoparticles (2014)
  • 著者名/発表者名: Taro Ichimura, Takashi Jin, Hideaki Fujita, Hideo Higuchi, Tomonobu M. Watanabe
  • 雑誌名: Front. Physiol., fphys. 巻: 5 ページ: 1-13
  • DOI: 10.3389/fphys.2014.00273
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single quantum dot tracking reveals that an individual multivalent 2 HIV-1 Tat-protein transduction domain can activate machinery for 3 lateral transport and endocytosis (2013)
  • 著者名/発表者名: 3.Yasuhiro Suzuki*, Chandra Nath Roy, Warunya Promjunyaku, Hiroyasu Hatakeyama, Kohsuke Gonda, Junji Imamura, Biju Vasudevan Pillai, Noriaki Ohuchi, Makoto Kanzaki , Hideo Higuchi, and Mitsuo Kaku
  • 雑誌名: Mol. Cell Biol. 巻: 33 号: 15 ページ: 3039-3049
  • DOI: 10.1128/mcb.01717-12
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A non-invasive imaging for the in vivo tracking of high-speed vesicle transport in mouse neutrophils (2013)
  • 著者名/発表者名: 3.Kenji Kikushima, Sayaka Kita and Hideo Higuchi
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 3 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/srep01913
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stiffness, working stroke and force of single myosins in skeletal muscle: Elucidation of these mechanical properties by non-linear elasticity (2013)
  • 著者名/発表者名: Kaya. M. and H. Higuchi
  • 雑誌名: Cell and Mol. life Sci 巻: 70 号: 22 ページ: 4275-4292
  • DOI: 10.1007/s00018-013-1353-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prediction of muscle forces using static optimization for different contractile conditions (2013)
  • 著者名/発表者名: YUNUS ZIYA ARSLAN., AZIM JINHA., MOTOSHI KAYA., WALTER HERZOG
  • 雑誌名: Journal of Mechanics in Medicine and Biology 巻: 13 号: 03 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1142/s021951941350022x
• [雑誌論文] マウス個体内の1分子計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 樋口秀男
  • 雑誌名: 現代化学 巻: 488 ページ: 46-47
• [雑誌論文] ナノバイオ (2011)
  • 著者名/発表者名: 樋口秀男
  • 雑誌名: 理大科学フォーラム 巻: 8 ページ: 19-24
• [雑誌論文] がん転移の生体ナノイメージング (2011)
  • 著者名/発表者名: 権田幸祐
  • 雑誌名: 生物物理学 巻: 51 ページ: 82-83
• [学会発表] Quantitative evaluation of recovery from damage in cancer cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Morito Sakuma and Hideo Higuchi
  • 学会等名: Ito International Research Center
  • 発表場所: 東大(東京都文京区）
  • 年月日: 2017-02-11
  • 国際学会
• [学会発表] Hideo Higuchi. Molecular Mechanism of Synchronous Force Generations among Myosin Molecules (2017)
  • 著者名/発表者名: Motoshi Kaya, Takumi Washio, Hideo Higuchi
  • 学会等名: The 61st Annual Meeting of Biophysical Society
  • 発表場所: New Orleans, USA
  • 年月日: 2017-02-11
  • 国際学会
• [学会発表] The power stroke distance of human cytoplasmic dynein (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshimi Kinoshita, Taketoshi Kambara, Kaori Nishikawa, Motoshi Kaya, Hideo Higuchi
  • 学会等名: The 61st Annual Meeting of Biophysical Society
  • 発表場所: New Orleans, USA
  • 年月日: 2017-02-11
  • 国際学会
• [学会発表] Cooperative force generation by muscle myosin molecules interacting with actin filaments (2016)
  • 著者名/発表者名: Hideo Higuchi
  • 学会等名: International Symposium on Universal Biology Univ. Tokyo
  • 発表場所: 東大(東京都文京区）
  • 年月日: 2016-11-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanism of synchronous force generations among skeletal myosins. Symposium (2016)
  • 著者名/発表者名: Motoshi Kaya
  • 学会等名: The 54th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: Intenational center, Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2016-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] Cooperative force generation by muscle myosin molecules interacting with actin filaments (2016)
  • 著者名/発表者名: Hideo Higuchi, Motoshi Kaya, Takumi Washio, Seine Shintani
  • 学会等名: KIAS Protein Science
  • 発表場所: Soul, Korea
  • 年月日: 2016-09-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanism of Synchronous Force Generations Between Skeletal Myosins in Myofilament (2016)
  • 著者名/発表者名: Motoshi Kaya, Yoshiaki Tani, Takumi Washio, Toshiaki Hisada, Hideo Higuchi
  • 学会等名: The 19th European Bioenergetics Conference
  • 発表場所: Riva del Garda, Italy
  • 年月日: 2016-07-02
  • 国際学会
• [学会発表] ミオシン集団の持つ協同性と周期性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 樋口秀男, 茅元司, 鷲尾巧, 新谷正嶺
  • 学会等名: 生物物理学会東北支部会
  • 発表場所: 東北大 (宮城県仙台市）
  • 招待講演
• [学会発表] Novel mouse xenograft model for noninvasive in vivo imaging of human tumor cell and tissue in the auricle. (2015)
  • 著者名/発表者名: 喜多清、樋口秀男
  • 学会等名: 第120回日本解剖学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場 （兵庫県 神戸市）
  • 年月日: 2015-03-21
• [学会発表] Intermolecular cooperativity of skeletal myosins enhances force output in myofilaments (2015)
  • 著者名/発表者名: Motoshi Kaya, Yoshiaki Tani, Takumi Washi, Toshiaki Hisada and Hideo Higuchi
  • 学会等名: The 59th Annual Meeting of the Biophysical Society
  • 発表場所: Convention Center(Baltimore、USA)
  • 年月日: 2015-02-07
  • 国際学会
• [学会発表] Imaging of Porphyromonaus ginigivalis infection using quantum dot (2014)
  • 著者名/発表者名: 菊島健児、中尾龍馬、樋口秀男
  • 学会等名: 日本免疫学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館 （京都府 京都市）
  • 年月日: 2014-12-10
• [学会発表] Noninvasive in vivo imaging of neutrophil and tumor in mouse auricles (2014)
  • 著者名/発表者名: Hideo Higuchi, Kenji Kikushima and Sayaka Kita
  • 学会等名: 8th Internal Symposium on Nanomedicine
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県 松山市）
  • 年月日: 2014-12-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel mouse xenograft model for noninvasive in vivo imaging of human tumor cell and tissue in the auricle. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sayaka Kita and Hideo Higuchi
  • 学会等名: The American Society for Cell Biology
  • 発表場所: Convention Center （Philadelphia, USA）
  • 年月日: 2014-12-06
  • 国際学会
• [学会発表] 1分子計測技術を用いて効率的な筋収縮の仕組みを紐解く (2014)
  • 著者名/発表者名: 茅 元司
  • 学会等名: 日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館 (京都府京都市)
  • 年月日: 2014-10-15
  • 招待講演
• [学会発表] 量子ドットを用いた脳がん幹細胞表面の膜たんぱく質の運動解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐久間守仁、喜多清、樋口秀男
  • 学会等名: 生物物理学会大会
  • 発表場所: 生物物理学会大会
  • 年月日: 2014-09-25
• [学会発表] Trafficking of membrane protein PAR-1 carried by endocytotic vesicles in cancer cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Seohyun Lee、茅元司、樋 口秀男
  • 学会等名: 生物物理学会大会
  • 発表場所: コンベンションセンター（北海道 札幌市）
  • 年月日: 2014-09-25
• [学会発表] 蛍光量子ドットを用いた細胞内高速小胞輸送機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 菊島健児、樋口秀男
  • 学会等名: 生物物理学会大会
  • 発表場所: コンベンションセンター（北海道 札幌市）
  • 年月日: 2014-09-25
• [学会発表] Noninvasive in vivo imaging of neutrophil and tumor in mouse auricles (2014)
  • 著者名/発表者名: Hideo Higuchi, Kenji Kikushima and Sayaka Kita
  • 学会等名: A3 Foresight Symposium on Nanomedicine
  • 発表場所: 大観荘（宮城県 松島市）
  • 年月日: 2014-09-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 蛍光量子ドットを用いた細胞内高速小胞輸送機構解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 菊島健児、樋口秀男
  • 学会等名: ナノ学会大会
  • 発表場所: おお ばくプラザ（京都府 宇治市）
  • 年月日: 2014-05-22
• [学会発表] Noninvasive in vivo imaging of neutrophil and tumor in mouse auricles (2013)
  • 著者名/発表者名: Hideo Higuchi, Kenji Kikushima and Sayaka Kita
  • 学会等名: The International Symposium on Multi-Scale Muscle Mechanics
  • 発表場所: 北九州
  • 年月日: 2013-11-07 – 2013-11-10
  • 招待講演
• [学会発表] Symposium on Biophysics toward In Vivo work (2013)
  • 著者名/発表者名: Hideo Higuchi and Norio Fukuda
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2013-10-28 – 2013-10-30
• [学会発表] Molecular properties and dynamics of single skeletal myosins designed for force generations in ensemble of myosin molecules (2013)
  • 著者名/発表者名: 茅元司、樋口秀男
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2013-10-28 – 2013-10-30
• [学会発表] A non-invasive technique for the in vivo tracking of high-speed vesicle transport in mouse neutrophils (2013)
  • 著者名/発表者名: 菊島健児、喜多清、樋口秀男
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2013-10-28 – 2013-10-30
• [学会発表] 量子ドットを用いたマウス耳内に おける白血球内小胞運動の非侵襲イメージング (2013)
  • 著者名/発表者名: 喜多清, 樋口秀男
  • 学会等名: ナノ学会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-06-06 – 2013-06-08
• [学会発表] マウス内単一分子イメージング (2013)
  • 著者名/発表者名: 樋口秀男
  • 学会等名: 国立感染症研究所学友会セミナー
  • 発表場所: 東京 国立感染症研究所
  • 年月日: 2013-04-17
  • 招待講演
• [学会発表] Noninvasive in vivo imaging of Tumor cells in mouse Auricles. (2013)
  • 著者名/発表者名: 喜多清、菊島健児、樋口秀男
  • 学会等名: The 4th Taiwan-Japan Symposium on Nanomedicine
  • 発表場所: Academia Sinca（Taipei）
• [学会発表] Non-invasive in vivo imaging of vesicle movements of neutrophil in the mouse ear using quantum dots (2012)
  • 著者名/発表者名: 菊島健児、喜多清、樋口秀男
  • 学会等名: 34th Naito conference
  • 発表場所: シャトーレガトーキングダムサッポロ(北海道)
• [学会発表] A non-invasive method for the in vivo tracking of high-speed vesicle transport in mouse neutrophils (2012)
  • 著者名/発表者名: 菊島健児
  • 学会等名: 6th International Symposium of Nanomedicine
  • 発表場所: 島根県立産業交流会館(島根県)
  • 招待講演
• [学会発表] マウス骨格筋in vivo イメージングによるサルコメア構造と微小管系の可 視化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小林琢也、茅元司、樋口秀男
  • 学会等名: ナノ学会第10 回大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府)
• [学会発表] 量子ドットを用いたマ ウス耳内における白血球内小胞運動の非侵襲イメージ ング (2012)
  • 著者名/発表者名: 菊島健児、喜多清、樋口秀男
  • 学会等名: ナノ学会第10 回大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府)
• [学会発表] In vivo imaging of single molecules in cancer cells of xenograft model under noninvasive condition (2012)
  • 著者名/発表者名: 喜多清、菊島健児、樋口秀男
  • 学会等名: 第71 回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: 札幌教育文化会館（北海道）
• [学会発表] Non-invasive in vivo imaging of vesicle movement in neutrophils in mouse ear (2012)
  • 著者名/発表者名: 菊島健児、喜多清、樋口秀男
  • 学会等名: 第50 回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県）
• [学会発表] Single molecule biophysics in an in vivo and in vitro (2012)
  • 著者名/発表者名: Higuchi H.
  • 学会等名: Japan-Taiwan joint symposium
  • 発表場所: 京都大学（京都府）
• [学会発表] 非侵襲マウス耳介内での量子ドットを用いた白血球内の小胞運動解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 菊島健児
  • 学会等名: 生体運動班会議
  • 発表場所: 筑波大学（茨城県）
• [学会発表] 高輝度量子ドットを用いたマウス耳内血管の非侵襲イメージング (2011)
  • 著者名/発表者名: 菊島健児
  • 学会等名: ナノ学会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道）
• [学会発表] Imaging of mouse ear blood vessel under non-invasive conditions with high-fluorescence quantum dots (2011)
  • 著者名/発表者名: Kikushima
  • 学会等名: 生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学（兵庫県）
• [図書] 少数性生物学 (2017)
  • 著者名/発表者名: 茅 元司
  • 総ページ数: 178
  • 出版者: 日本評論社
• [図書] 1分子生物学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 樋口秀男，多田隈尚史
  • 総ページ数: 304
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 先端バイオマテリアルハンドブック (2012)
  • 著者名/発表者名: 樋口秀男、権田幸祐
  • 総ページ数: 656
  • 出版者: NTS 出版
• [図書] Handbook of Dynein (2012)
  • 著者名/発表者名: Y Toyoshima and H. Higuchi
  • 総ページ数: 20
  • 出版者: Motile and Enzymatic properties of native dynein molecules
• [産業財産権] 共焦点顕微鏡画像システム (2011)
  • 発明者名: ：樋口秀男、下澤東吾
  • 権利者名: ：樋口秀男、下澤東吾
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2011-05-31
  • 外国