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細胞内1分子スクリーニングの基盤となる分子の活性化と動態を結ぶメカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 18H01839
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分28040:ナノバイオサイエンス関連
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

廣島 通夫  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 上級研究員 (20392087)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2019年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2018年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
キーワード1分子イメージング / 細胞内シグナル伝達 / 薬剤スクリーニング / 1分子イメージング・ナノ計測 / 1分子生体情報学 / 1分子生体情報学
研究成果の概要

細胞外の生理活性物質と結合し、主に細胞増殖を促す信号を細胞内に伝える上皮成長因子受容体(EGFR)は、癌をはじめ重篤な疾病と関わっている。しかし、EGFRがどのようなふるまいを通じて細胞応答を調節しているのか、未知の点が多い。本研究では、細胞内での分子のふるまいを可視化する蛍光1分子イメージング法によりEGFRの野生型および癌変異体を計測し、分子の構造や動態の変化を検出することに成功した。この動態には抗癌剤の効果に加え、変異体の薬剤耐性も定量的に反映されていた。さらに、下流のシグナル伝達経路の活性化も多量体形成から読み取れた。これらの知見は1分子計測を用いた新規薬剤スクリーニングの基盤となる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞内の注目する分子を一つ一つイメージングする技術により計測した分子のふるまいから、抗癌剤などの薬剤が分子の活性化に与える影響を定量的に解析できる。本研究では、分子の動態がどのように活性化レベルを反映するか、そのメカニズムの解明に取り組んだ。新しく得られた知見から、1分子解析データには分子の構造や反応だけでなく、細胞膜環境や細胞応答の程度など想定を超える情報が含まれていることが分かった。この計測・解析手法をロボティクスやAIにより自動化し大規模解析を可能とすれば、新規の薬剤スクリーニング法として応用できることが示唆された。

報告書

(4件)
  • 2021 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 4件) 図書 (1件) 備考 (2件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Cell-to-cell diversification in ERBB-RAS-MAPK signal transduction that produces cell-type specific growth factor responses2021

    • 著者名/発表者名
      Miyagi Hiraku、Hiroshima Michio、Sako Yasushi
    • 雑誌名

      Biosystems

      巻: 199 ページ: 104293-104293

    • DOI

      10.1016/j.biosystems.2020.104293

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In-Cell Single-Molecule Analysis of Molecular State and Reaction Kinetics Coupling2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshima Michio、Sako Yasushi
    • 雑誌名

      Advanced Imaging and Bio Techniques for Convergence Science

      巻: 1310 ページ: 59-80

    • DOI

      10.1007/978-981-33-6064-8_3

    • ISBN
      9789813360631, 9789813360648
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] AIにより実現した細胞内1分子動態の大規模網羅的イメージング2020

    • 著者名/発表者名
      廣島 通夫
    • 雑誌名

      日本化学会情報化学部会誌

      巻: 38 号: 1 ページ: 12

    • DOI

      10.11546/cicsj.38.12

    • NAID

      130007960374

    • ISSN
      0913-3747, 1347-2283
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Large scale single-molecule imaging aided by artificial intelligence2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroshima, M., Yasui, M., and Ueda, M.
    • 雑誌名

      Microscopy

      巻: 69 号: 2 ページ: 69-78

    • DOI

      10.1093/jmicro/dfz116

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Transient Acceleration of Epidermal Growth Factor Receptor Dynamics Produces Higher-Order Signaling Clusters2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroshima Michio、Pack Chan-gi、Kaizu Kazunari、Takahashi Koichi、Ueda Masahiro、Sako Yasushi
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Biology

      巻: 430 号: 9 ページ: 1386-1401

    • DOI

      10.1016/j.jmb.2018.02.018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Automated single-molecule imaging in living cells2018

    • 著者名/発表者名
      Yasui Masato、Hiroshima Michio、Kozuka Jun、Sako Yasushi、Ueda Masahiro
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1038/s41467-018-05524-7

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single-molecule diffusion-based estimation of ligand effects on G protein?coupled receptors2018

    • 著者名/発表者名
      Yanagawa Masataka、Hiroshima Michio、Togashi Yuichi、Abe Mitsuhiro、Yamashita Takahiro、Shichida Yoshinori、Murata Masayuki、Ueda Masahiro、Sako Yasushi
    • 雑誌名

      Science Signaling

      巻: 11 号: 548 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1126/scisignal.aao1917

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Shift in Conformational Equilibrium Induces Constitutive Activity of G-Protein-Coupled Receptor, Rhodopsin.2018

    • 著者名/発表者名
      Maeda R, Hiroshima M, Yamashita T, Wada A, Sako Y, Shichida Y, Imamoto Y.
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 122 号: 18 ページ: 4838-4843

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.8b02819

    • NAID

      120006708207

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Pharmacological Application of Automated Single-molecule Analysis for EGFR Cancerous Mutants2020

    • 著者名/発表者名
      廣島通夫、渡邉大輔、上田昌宏
    • 学会等名
      第58回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 細胞内 1 分子イメージングの自動化と 細胞内シグナル伝達への適用2020

    • 著者名/発表者名
      廣島通夫
    • 学会等名
      CBI学会2020年大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 全自動イメージングにより実現した網羅的1分子解析2019

    • 著者名/発表者名
      廣島通夫、上田昌宏
    • 学会等名
      第44回レーザ顕微鏡研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Regulation of Downstream Signaling by Clusters of Epidermal Growth Factor Receptor2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshima Michio, Tomishige Nario, Ueda Masahiro, Kobayashi Toshihide, Sako Yasushi
    • 学会等名
      第57回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 全自動化1分子イメージングによる大規模計測2019

    • 著者名/発表者名
      廣島通夫
    • 学会等名
      CBI学会2019年大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] In Cell Automated Single-molecule Analysis and Its Extensive Applications2018

    • 著者名/発表者名
      廣島通夫
    • 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
    • 招待講演
  • [図書] イメージングの選び方・使い方100+, 第4章 超解像顕微鏡 「PALM/STORM」2018

    • 著者名/発表者名
      廣島通夫、上田昌宏
    • 総ページ数
      2
    • 出版者
      羊土社
    • ISBN
      9784758103756
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 細胞内1分子自動観察システム「AiSIS」

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2018/20180926_1/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 細胞膜の受容体1分子の動きから薬効を評価

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2018/20180919_1/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] オートフォーカス装置ならびにそれを備える光学装置および顕微鏡2018

    • 発明者名
      安井真人、廣島通夫、上田昌宏
    • 権利者名
      安井真人、廣島通夫、上田昌宏
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-024408
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] Method for evaluating activity of g protein-coupled receptor (gpcr)2018

    • 発明者名
      柳川正隆、佐甲靖志、廣島通夫、安井真人、上田昌宏、冨樫祐一
    • 権利者名
      柳川正隆、佐甲靖志、廣島通夫、安井真人、上田昌宏、冨樫祐一
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 外国

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2024-01-30  

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