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細胞膜骨格の高速超解像弾性マッピング法の開発と細胞運動解析への応用

研究課題

研究課題/領域番号 18K19001
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
研究機関京都大学

研究代表者

藤原 敬宏  京都大学, 高等研究院, 特定准教授 (80423060)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2018年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワード超解像蛍光顕微鏡法 / アクチン膜骨格 / 1蛍光分子追跡 / バネ弾性 / 1蛍光分子追跡
研究成果の概要

100 nm 程度の網目構造をもつアクチン細胞膜骨格の機械的特性 (バネ弾性) を、高速1蛍光分子追跡で検出した構造揺らぎをもとに定量する方法を確立し、超解像マッピングして形状的特性との相関を得た。超解像画像の取得を高速化し、網目構造の形態変化の影響が小さいように5秒程度に短縮した。見積もられたアクチン膜骨格のバネ定数は主に 1-10 pN/μm の範囲に分布していることが分かった。この観察を1分おきに10回程度にわたって繰り返すことにより、細胞運動にともなうアクチン膜骨格の微細構造とその張力発生の動的時間変化を刻々と追うことが可能になった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

(1) 我々の高速1蛍光分子追跡/1分子局在超解像観察の独自技術を応用し、100 nm 程度の微細なアクチン膜骨格の網目構造を5秒程度の短時間観察で超解像可視化するだけでなく、その機械的特性 (バネ弾性) を超解像マッピングして形状的特性との相関を得ることができた。
(2) 幹細胞の分化やガン細胞の浸潤・増殖などの重要な細胞機能に不可欠な、細胞運動にともなう張力発生機構を超解像空間分解能で解明するための技術基盤を確立した。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] National Centre for Biological Science(インド)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] National Centre for Biological Science(インド)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] High-speed single-molecule imaging reveals signal transduction by onduced transbilayer raft phases.2020

    • 著者名/発表者名
      I. Koyama-Honda, T. K. Fujiwara, R. S. Kasai, K. G. N. Suzuki, E. Kajikawa, T. A. Tsunoyama, A. Kusumi.
    • 雑誌名

      J. Cell Biol.

      巻: 219 号: 12

    • DOI

      10.1083/jcb.202006125

    • 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] Dynamic actin-mediated nano-scale clustering of CD44 regulates its meso-scale organization at the plasma membrane2019

    • 著者名/発表者名
      P. Sil, N. Mateos, S. Nath, S. Buschow, C. Manzo, K.G.N. Suzuki, T. Fujiwara, A. Kusumi, M.F. Garcia-Parajo, and S. Mayor
    • 雑誌名

      Mol. Biol. Cell

      巻: 31 号: 7 ページ: 561-579

    • DOI

      10.1091/mbc.e18-11-0715

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Organization of focal adhesion based on actin-induced compartments and dynamic protein islands as revealed by ultrafast single-molecule imaging2020

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Fujiwara
    • 学会等名
      1st WPI NanoLSI-iCeMS Joint Symposium on Nanoimaging and Advanced Materials for Life Science
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dynamic entrance and exit of integrin molecules at focal adhesion protein islands as revealed by super-spatiotemporal resolution single-molecule microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Fujiwara
    • 学会等名
      Academia Sinica-Kyoto University Bilateral Symposium: Cellular and Molecular Sensing, Recognition and Response
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Actin-induced compartments and islands in focal adhesions as revealed by simultaneous ultrafast PALM and single-molecule tracking2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Fujiwara
    • 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 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2018-07-25   更新日: 2022-01-27  

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