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透過型電子顕微鏡を用いた1分子トラッキングによるタンパク質の結晶化過程の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18J01470
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 ナノバイオサイエンス
研究機関北海道大学

研究代表者

山崎 智也  北海道大学, 低温科学研究所, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードタンパク質結晶 / 結晶化 / その場観察 / 透過型電子顕微鏡 / 溶液セル / “その場”観察
研究実績の概要

溶液セルを用いた透過型電子顕微鏡法(TEM)は、結晶化の初期過程である核生成を明らかにできることが期待される一方、その瞬間を捉えることが非常に困難である。これは、既存の溶液セルを用いたTEMでは、観察視野内において結晶化を促進するように濃度などを変化させることが困難であるためである。これを解決するため、放射線分解と溶解度を極端に低下させる貧溶媒を併せた手法や電極を溶液セルに導入して結晶化を促進させる手法の検討を行った。
前者の手法では、塩素酸ナトリウムが飽和したアセトン溶液に電子ビームを照射すると、塩化ナトリウムが結晶化することが分かった。一方、塩素酸ナトリウムが飽和した水溶液に電子ビームを照射しても結晶化は観察されなかった。これらのことは、まず、塩素酸イオンがアセトンの放射線分解によって生成した還元剤により還元され、塩化物イオンが生成したことを示す。また、アセトンに対する塩化ナトリウムの溶解度が非常に低いため、すぐに塩化ナトリウムが溶け切れなくなって結晶化したと考えられる。一方、水の放射線分解ではアセトンよりも強力な還元剤が生成する。これは水溶液でも塩化物イオンが生成していることが期待され、観察視野で結晶化剤濃度を増加できることが期待できる。
後者の手法では、タンパク質分子を電極周囲に集めるには溶液セル自体を設計、作製しなければならないため、既存の電極が搭載されたチップを用いて溶液セルを作製し、コロイドを試料として、電場を印加したときの応答をその場観察した。電極周囲にコロイド粒子が集まり、それが結晶化する様子が観察された。このことは、今回用いた実験系をスケールダウンすることでタンパク質の結晶化に応用に期待できる。このため、タンパク質の結晶化用の溶液セルを設計し、作製に着手した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Radiolysis-Induced Crystallization of Sodium Chloride in Acetone by Electron Beam Irradiation2021

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki Tomoya、Kimura Yuki
    • 雑誌名

      Microscopy and Microanalysis

      巻: - 号: 3 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1017/s1431927621000179

    • NAID

      120007171676

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rapid Ortho-to-para Nuclear Spin Conversion of H2 on a Silicate Dust Surface2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuge M., Namiyoshi T., Furuya K., Yamazaki T., Kouchi A., Watanabe N.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 908 号: 2 ページ: 234-234

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abd9c0

    • 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-situ water-immersion experiments on amorphous silicates in the MgO?SiO2 system: implications for the onset of aqueous alteration in primitive meteorites2021

    • 著者名/発表者名
      Igami Yohei、Tsuchiyama Akira、Yamazaki Tomoya、Matsumoto Megumi、Kimura Yuki
    • 雑誌名

      Geochimica et Cosmochimica Acta

      巻: 293 ページ: 86-102

    • DOI

      10.1016/j.gca.2020.10.023

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-Density Liquid Water at a Water?Ice Interface2020

    • 著者名/発表者名
      Niinomi Hiromasa、Yamazaki Tomoya、Nada Hiroki、Hama Tetsuya、Kouchi Akira、Okada Junpei T.、Nozawa Jun、Uda Satoshi、Kimura Yuki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 11 号: 16 ページ: 6779-6784

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c01907

    • NAID

      120007140366

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time-Resolved Observation of Evolution of Amyloid-β Oligomer with Temporary Salt Crystals2020

    • 著者名/発表者名
      Nakajima Kichitaro、Yamazaki Tomoya、Kimura Yuki、So Masatomo、Goto Yuji、Ogi Hirotsugu
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 11 号: 15 ページ: 6176-6184

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c01487

    • NAID

      120007148352

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High mobility of lattice molecules and defects during the early stage of protein crystallization2020

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki Tomoya、Van Driessche Alexander E. S.、Kimura Yuki
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 16 号: 8 ページ: 1955-1960

    • DOI

      10.1039/c9sm02382h

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Electron-Beam-Induced Nucleation in an Antisolvent2019

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki Tomoya、Kimura Yuki
    • 雑誌名

      Microscopy and Microanalysis

      巻: 25 号: S2 ページ: 1480-1481

    • DOI

      10.1017/s1431927619008134

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Sounding-rocket microgravity experiments on alumina dust2018

    • 著者名/発表者名
      Ishizuka Shinnosuke、Kimura Yuki、Sakon Itsuki、Kimura Hiroshi、Yamazaki Tomoya、Takeuchi Shinsuke、Inatomi Yuko
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1 ページ: 3820-3820

    • DOI

      10.1038/s41467-018-06359-y

    • NAID

      120006531995

    • 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] Immiscibility of Nucleating Aluminum Oxide Nanoparticles in Vapor2018

    • 著者名/発表者名
      Ishizuka Shinnosuke、Kimura Yuki、Kawano Jun、Escribano Rafael、Yamazaki Tomoya、Hama Tetsuya、Sato Rikako
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 122 号: 43 ページ: 25092-25101

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b08355

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Radiolysis-induced crystallization process of salt in liquid cell transmission electron microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki Tomoya、Kimura Yuki
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Investigation of liquid cell transmission electron microscopy combined with antisolvent crystallization2019

    • 著者名/発表者名
      山﨑智也、木村勇気
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2019年大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 溶液透過型電子顕微鏡を用いた貧溶媒からの結晶化その場観察法の検討2019

    • 著者名/発表者名
      山﨑智也、木村勇気
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第75回学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] In situ observation of crystallization of a salt using an antisolvent by transmission electron microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Yamazaki, Yuki Kimura
    • 学会等名
      International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-19)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electron-beam-induced nucleation in an antisolvent2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Yamazaki, Yuki Kimura
    • 学会等名
      Microscopy & Microanalysis 2019 (M&M 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In-situ observation of dynamics of defects in a protein crystal2018

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Yamazaki, Yuki Kimura
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2018年大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] リゾチームタンパク質の結晶化に関わる2種類の非結晶粒子2018

    • 著者名/発表者名
      山﨑智也、木村勇気、清水洋、藤田咲子、藤原正裕、大野智子
    • 学会等名
      分子・物質合成プラットフォーム 平成30年度 シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] タンパク質結晶中の欠陥の挙動2018

    • 著者名/発表者名
      山﨑智也,A. E. S. Van Driessche,木村勇気
    • 学会等名
      第47回結晶成長国内会議
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 透過型電子顕微鏡による溶液からの結晶化“その場”観察法の検討2018

    • 著者名/発表者名
      山﨑智也
    • 学会等名
      結晶表面・界面での相転移ダイナミクスに関するその場観察および理論
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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