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コヒーレントX線回折による酵母核内の核酸分布イメージング

研究課題

研究課題/領域番号 16H02218
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

中迫 雅由  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30227764)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
45,890千円 (直接経費: 35,300千円、間接経費: 10,590千円)
2018年度: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2017年度: 16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2016年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円)
キーワードX線回折イメージング / 放射光 / X線自由電子レーザー / 低温X線回折実験 / 位相回復 / 三次元再構成 / 細胞核 / 細胞非侵襲イメージング / 低温X線回折イメージング / 非侵襲イメージング / 細胞核構造 / バクテリア構造 / X線トモグラフィー / 三次元構造 / 生物物理 / コヒーレントX線回折イメージング / 細胞イメージング / 低温X線回折 / 細胞周期 / 干渉性 / 凍結水和 / 低温構造解析 / シンクロトロン放射光 / コヒーレント回折イメージング / 非結晶生体粒子 / X線ナノイメージング
研究成果の概要

シンクロトロン放射光を用いた低温X線回折イメージング・トモグラフィーと、X線自由電子レーザーを用いた低温X線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

低温X線回折イメージング・トモグラフィー実験では、細胞個々の特性や細胞周期に応じた物質分布の変化を、一方、XFELを用いるX線回折イメージング実験では、大量の細胞試料の投影電子密度を得ることが可能となった。本課題の研究成果は、シンクロトロン放射光とX線自由電子レーザーを相補的利用によって、細胞の個性と多様性を見ることにつながり、他のイメージング手法では成しえない非侵襲的イメージングの大きな進展につながることが期待できる。今後、本手法が細胞イメージングの重要な柱の一つとなるだけでなく、非結晶金属ナノ材料試料の構造研究にも裾野を広げていくと期待できる。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (42件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 11件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 5件、 招待講演 9件) 図書 (3件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Diffraction apparatus and procedure in tomography X-ray diffraction imaging for biological cells at cryogenic temperature using synchrotron X-ray radiation2018

    • 著者名/発表者名
      Amane Kobayashi, Yuki Takayama, Koji Okajima, Mao Oide, Takahiro Yamamoto, Yuki Sekiguchi, Tomotaka Oroguchi, Masayoshi Nakasako, Yoshiki Kohmura, Masaki Yamamoto, Takahiko Hoshi, Yasufumi Torizuka
    • 雑誌名

      Journal of Synchrotron Radiation

      巻: 25 号: 6 ページ: 1803-1818

    • DOI

      10.1107/s1600577518012687

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Growth of cuprous oxide particles in liquid-phase synthesis investigated by X-ray laser2018

    • 著者名/発表者名
      Tomotaka Oroguchi, Takashi Yoshidome, Takahiro Yamamoto, Masayoshi Nakasako
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 18 号: 8 ページ: 5192-5197

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.8b02153

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Classification of ab initio models of proteins restored from small-angle X-ray scattering2018

    • 著者名/発表者名
      Mao Oide, Yuki Sekiguchi, Asahi Fukuda, Koji Okajima, Tomotaka Oroguchi, Masayoshi Nakasako
    • 雑誌名

      Journal of Synchrotron Radiation

      巻: 25 号: 5 ページ: 1379-1388

    • DOI

      10.1107/s1600577518010342

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 生物細胞の低温X線回折イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由,高山裕貴,小林周,山本隆寛,大出真央,岡島公司,苙口友隆,山本雅貴
    • 雑誌名

      放射光

      巻: 31 ページ: 189-201

    • NAID

      40021599633

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Shot-by-shot characterization of focused X-ray free electron laser pulses2018

    • 著者名/発表者名
      A. Kobayashi, Y. Sekiguchi, T. Oroguchi, M. Yamamoto and M. Nakasako
    • 雑誌名

      Shot-by-shot characterization of focused X-ray free electron laser pulses

      巻: 8 号: 1 ページ: 831-831

    • DOI

      10.1038/s41598-018-19179-3

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Blue-light excited LOV1 and LOV2 domains cooperatively regulate the kinase activity of full-length phototropin2 from Arabidopsis2018

    • 著者名/発表者名
      Oide, K. Okajima, H. Nakagami, T. Kato, Y. Sekiguchi, T. Oroguchi, T. Hikima, M. Yamamoto, and M. Nakasako
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 293 ページ: 963-972

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 生物細胞の低温X線回折イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由,高山裕貴,小林周,関口優希,大出真央,山本隆寛,岡島公司,苙口友隆,山本雅貴
    • 雑誌名

      放射光

      巻: 31

    • NAID

      40021599633

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A protocol for searching most probable phase-retrieved maps in coherent X-ray diffraction imaging by exploiting relationship between convergence of retrieved phase and success of calculation2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Sekiguchi, S. Hashimoto, A. Kobayashi, T. Oroguchi and M. Nakasako
    • 雑誌名

      Journal of Synchrotron Radiation

      巻: 24 号: 5 ページ: 1024-1038

    • DOI

      10.1107/s1600577517008396

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Common structural features of toxic intermediates from α-synuclein and GroES fibrillogenesis detected using cryogenic coherent X-ray diffraction imaging2017

    • 著者名/発表者名
      H. Kameda, S. Usugi, M. Kobayashi, N. Fukui, S. Lee, K. Hongo, T. Mizobata, Y. Sekiguchi, Y. Masaki, A. Kobayashi, T. Oroguchi, M. Nakasako, Y. Takayama, M. Yamamoto, and Y. Kawata
    • 雑誌名

      Journal of Biochemistry (Tokyo)

      巻: 161 号: 1 ページ: 55-65

    • DOI

      10.1093/jb/mvw052

    • NAID

      40021091513

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Specimen preparation for cryogenic coherent X-ray diffraction imaging of biological cells and organelles using X-ray free-electron laser at SACLA2016

    • 著者名/発表者名
      A. Kobayashi, Y. Sekiguchi, T. Oroguchi, K. Okajima, A. Fukuda, M. Oide, M. Yamamoto and M. Nakasako
    • 雑誌名

      Journal of Synchrotron Radiation

      巻: 23 号: 4 ページ: 975-989

    • DOI

      10.1107/s1600577516007736

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] TAKASAGO-6 apparatus for cryogenic coherent X-ray diffraction imaging of biological non-crystalline particles using X-ray free electron laser at SACLA2016

    • 著者名/発表者名
      A. Kobayashi, Y. Sekiguchi, Y. Takayama, T. Oroguchi, K. Shirahama, Y. Torizuka, M. Manoda, M. Nakasako* and M. Yamamoto
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 87 号: 5 ページ: 053109-053109

    • DOI

      10.1063/1.4948317

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] XFEL回折イメージングの空間分解能向上に向けた金ピラーパターニング試料基盤の開発2019

    • 著者名/発表者名
      高山裕貴、小林周、大出真央、山本隆寛、溝口陽太、岡島公司、苙口友隆、山本雅貴、中迫雅由、米倉功治
    • 学会等名
      第32回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 酵母核内核酸分布の多様性と普遍性:XFEL-低温X線回折イメージングによる構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      山本隆寛、小林周、大出真央、岡島公司、溝口陽太、高山裕貴、苙口友隆、山本雅貴、中迫雅由
    • 学会等名
      第32回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 低温X線回折イメージング・トモグラフィーによる酵母細胞の三次元構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      朝倉健太、小林周、高山裕貴、大出真央、岡島公司、山本隆寛、溝口陽太、大野哲、苙口友隆、香村芳樹、山本雅貴、中迫雅由
    • 学会等名
      第32回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 細胞の低温コヒーレントX線回折イメージングトモグラフィー実験における計測手法の高度化2019

    • 著者名/発表者名
      小林周、高山裕貴、山本隆寛、朝倉健太、大出真央、大野哲、溝口陽太、岡島公司、苙口友隆、香村芳樹、山本雅貴、中迫雅由
    • 学会等名
      第32回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 量子ビームを用いる細胞の空間階層イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由
    • 学会等名
      平成30年度 東北大学多元物質科学研究所 附属先端計測開発センター講演会 第2回「計測とデータ科学の協奏」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural analyses of yeast nuclei in different cell phases by X-ray diffraction imaging at cryogenic temperature using XFEL2018

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, A. Kobayashi, M. Oide,K. Okajima, T. Oroguchi, M. Yamamtoto and M. Nakasako
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] X-ray diffraction imaging of biological cells2018

    • 著者名/発表者名
      M. Nakasako
    • 学会等名
      Microbiology and Environment
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] XFEL低温コヒーレント回折イメージングによる 異なる細胞周期における酵母細胞核の構造解析2018

    • 著者名/発表者名
      山本隆寛、関口優希、小林周、大出真央、福田朝陽、岡島公司、苙口友隆 、山本雅貴、中迫雅由
    • 学会等名
      第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 低温コヒーレントX線回折イメージング・ トモグラフィー実験による細胞試料の三次元構造解析2018

    • 著者名/発表者名
      小林 周、高山裕貴、関口優希、大出真央、福田朝陽、山本隆寛、岡島公司、苙口友隆、香村芳樹、山本雅貴、中迫雅由
    • 学会等名
      第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 細胞のコヒーレントX線回折イメージング2017

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由
    • 学会等名
      バイオイメージング学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体及び材料非結晶粒子のコヒーレントX線回折イメージング2017

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由
    • 学会等名
      第一回マテリアルズインフォマティクス基礎研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 3D structural analysis of yeast nucleus in different cell phases by coherent X-ray diffraction imaging using X-ray free electron laser2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, Y. Sekiguchi, A. Kobayashi, M. Oide, A. Fukuda, K. Okajima, T. Oroguchi, M. Yamamoto, M. Nakasako
    • 学会等名
      第55回生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Three-dimensional structure of Cyanidioschyzon merolae by using coherent X-ray diffraction imaging tomography at cryogenic temperature2017

    • 著者名/発表者名
      A. Kobayashi, Y. Takayama, Y. Sekiguchi, M. Oide, A. Fukuda, T. Yamamoto, K. Okajima, T. Oroguchi, S. Matsunaga, Y. Kohmura, M. Yamamoto, M. Nakasako
    • 学会等名
      第55回生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ありのままの細胞の姿を探るシン・顕微鏡2017

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由
    • 学会等名
      第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム市民講座
    • 発表場所
      神戸芸術劇場(兵庫県神戸市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 生命科学におけるコヒーレントX線回折イメージングの展開2017

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由
    • 学会等名
      平成28年度第2回生物構造学研究会
    • 発表場所
      研究社英語センター(東京都新宿区神楽坂)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] XFEL コヒーレント回折イメージングによるシアノバクテリアの三次元構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      小林周, 関口優希, 岡島公司, 苙口友隆, 中迫雅由, 乾弥生, 平川健, 松永幸大, 山本雅貴
    • 学会等名
      第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 発表場所
      神戸芸術劇場(兵庫県神戸市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] XFEL コヒーレント回折イメージング実験におけるデータ解析の高度化と酵母細胞核の三次元構造解析への適用2017

    • 著者名/発表者名
      関口優希, 小林周, 岡島公司, 苙口友隆, 中迫雅由, 山本雅貴
    • 学会等名
      第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 発表場所
      神戸芸術劇場(兵庫県神戸市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] XFELコヒーレント低温X線回折イメージングによる磁性細菌の構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      山本隆寛,関口優希,小林周,岡島公司,苙口友隆,中迫雅由,山本雅貴,加藤貴之、難波啓一
    • 学会等名
      第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 発表場所
      神戸芸術劇場(兵庫県神戸市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] ソフトウェア「閻魔」を用いた銅キューブのコヒーレントX線回折イメージングデータの分類2017

    • 著者名/発表者名
      吉留崇、関口優希、山本隆寛、苙口友隆、中迫雅由、池口満徳
    • 学会等名
      第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 発表場所
      神戸芸術劇場(兵庫県神戸市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Cryogenic Coherent X-ray Diffraction Imaging of cells and cellular organelles at SACLA2016

    • 著者名/発表者名
      M. Nakasako
    • 学会等名
      CLF-RCaH UK Bio-XFEL single particle imaging workshop
    • 発表場所
      STFC Rutherford Appleton Laboratory (Didcot, UK)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Diffraction apparatus TAKASAGO-6 for fast data collection in cryogenic coherent X-ray diffraction imaging at SACLA2016

    • 著者名/発表者名
      A. Kobayashi, M. Nakasako
    • 学会等名
      CLF-RCaH UK Bio-XFEL single particle imaging workshop
    • 発表場所
      STFC Rutherford Appleton Laboratory (Didcot, UK)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cryogenic coherent diffraction imaging of biological samples with synchrotron and X-ray laser2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Takayama, M. Yamamoto, K. Yonekura, Y. Sekiguchi, A. Kobayashi, K. Okajima, T. Oroguchi, M. Nakasako, Y. Inui, S. Matsunaga
    • 学会等名
      13th International Conference on X-ray Microscopy (XRM2016)
    • 発表場所
      The Mathematical Institute, University of Oxford (Oxford, UK)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Reconstruction of three-dimensional structures of a protein with software ENMA and EMC algorithm: A simulation for XFEL-CXDI experiment2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshidome, Y. Sekiguchi, T. Oroguchi, M. Nakasako, M. Ikeguchi
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      つくばコンファレンスセンター(茨城県つくば市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Three-dimensional structure of a cyanobacterium visualized by cryogenic coherent X-ray diffraction imaging using X-ray free-electron laser2016

    • 著者名/発表者名
      A. Kobayashi, Y. Sekiguchi, K. Okajima, T. Oroguchi, M. Nakasako, Y. Inui, T. Hirakawa, S. Matsunaga, M. Yamamoto
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      つくばコンファレンスセンター(茨城県つくば市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Automated data analyses for 3D structural reconstruction of yeast nuclei in coherent diffraction imaging using X-ray free-electron laser2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Sekiguchi, A. Kobayashi, K. Okajima, T. Oroguchi, M. Nakasako, M. Yamamoto
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      つくばコンファレンスセンター(茨城県つくば市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [図書] X-ray diffraction imaging of biological cells2018

    • 著者名/発表者名
      M. Nakasako
    • 総ページ数
      228
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9784431566168
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] X-ray diffraction imaging of biological cells (Springer Ser. Optic. Sciences Vol. 210)2018

    • 著者名/発表者名
      M. Nakasako
    • 総ページ数
      228
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9784431566168
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] Coherent X-ray diffraction imaging of biological specimens2017

    • 著者名/発表者名
      M. Nakasako
    • 総ページ数
      370
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 低温X線回折イメージング・トモグラフィー技術の確立-細胞丸ごと、内部構造を非侵襲的に可視化-

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2018/20181026_1/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] SACLAにより銅キューブ粒子の内部構造変化を可視化-金属ナノ粒子の成長機構の一端を解明-

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2018/20180731_2/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] X線自由電子レーザーによる非結晶試料からの高効率回折データ収集装置を実用化

    • URL

      https://www.keio.ac.jp/ja/press_release/2016/osa3qr000001ozih.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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