３次元分子配向観察法の開発と細胞内微細構造ダイナミクス研究への応用

• 研究課題/領域番号: 18K19962
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(帰国発展研究)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 谷 知己 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ長 (80332378)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 61,100千円 (直接経費: 47,000千円、間接経費: 14,100千円)
• キーワード: バイオイメージング / 蛍光偏光 / 細胞骨格 / ライトシート顕微鏡 / 分子配向 / ライブイメージング / 蛍光顕微鏡 / 蛍光1分子観察 / １分子観察 / 生体分子構造変化 / 偏光顕微鏡 / 1分子観察

研究成果の概要

生命を構成する個々の細胞内にも前後や左右といった向きがあり、これは細胞極性と呼ばれている。細胞を構成する核や小胞体などの細胞内微細構造は、この細胞極性に応じて配置されており、この配置が神経細胞や筋肉細胞といった細胞の役割と密接に関わっている。個々の細胞がもつ細胞極性がどのような分子基盤に基づいて制御されているのかは不明の点が多い。本研究では、生体分子の向きがわかる光学技術を、生きた細胞内や組織内で、さらには個体まるごとの体内で適用できる新しい光学顕微鏡を開発した。細胞に極性が形成されるしくみを、分子の向きを見ることから理解することで、生物の形づくりや、心臓や脳ができる仕組みの解明に寄与する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

蛍光顕微鏡法は生体分子に蛍光タンパク質分子をつけることにより、生体分子の種類のみならず、その分布や量を生きた細胞の中で調べるための、今日なくてはならない技術である。我々はこの蛍光顕微鏡法に改良を加えて、分子のかたちに関わる情報も得られる新しい蛍光顕微鏡法を開発した。この蛍光顕微鏡法は小型モデル実験生物の中で、分子が形作る生体構造を調べるために非常に有効である。このような基礎生命科学は生体組織の発生や再生における形作り、あるいはその仕組みの破綻であるがん転移のしくみの理解にも役立つと考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] Marine Biological Laboratory/UT Southwestern Medical Center/UCSF(米国)
• [国際共同研究] McGill University(カナダ)
• [国際共同研究] Lund University(スウェーデン)
• [雑誌論文] Live-cell imaging under centrifugation characterized the cellular force for nuclear centration in the Caenorhabditis elegans embryo (2024)
  • 著者名/発表者名: Goda Makoto、Shribak Michael、Ikeda Zenki、Okada Naobumi、Tani Tomomi、Goshima Gohta、Oldenbourg Rudolf、Kimura Akatsuki
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 2024.01.03.574024 ページ: 574024-574024
  • DOI: 10.1101/2024.01.03.574024
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Orientation-Independent-DIC imaging reveals that a transient rise in depletion force contributes to mitotic chromosome condensation (2023)
  • 著者名/発表者名: Shiori Iida, Satoru Ide, Sachiko Tamura, Tomomi Tani, Tatsuhiko Goto, Michael Shribak, Kazuhiro Maeshima
  • 雑誌名: biorxiv 巻: 0 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1101/2023.11.11.566679
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Detection of Glutamate Encapsulated in Liposomes by Optical Trapping Raman Spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Masui Kyoko、Nawa Yasunori、Tokumitsu Shunsuke、Nagano Takahiro、Kawarai Makoto、Tanaka Hirokazu、Hamamoto Tatsuki、Minoshima Wataru、Tani Tomomi、Fujita Satoshi、Ishitobi Hidekazu、Hosokawa Chie、Inouye Yasushi
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 7 号: 11 ページ: 9701-9709
  • DOI: 10.1021/acsomega.1c07206
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Postnatal structural development of mammalian basilar membrane provides anatomical basis for the maturation of tonotopic maps and frequency tuning (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Tani, Maki Koike-Tani, Mai Thi Tran、Michael Shribak, Snezana Levic
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41598-021-87150-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of nanobody-based POLArIS orientation probes enabled multi-color/multi-target orientation imaging in living cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakai Nori, Sato Keisuke, Tani Tomomi, Kawagishi Masahiko, Ka Hiromasa, Saito Kenta, Terada Sumio.
  • 雑誌名: BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS 巻: 565 ページ: 50-56
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.05.088
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamic organization of cortical actin filaments during the ooplasmic segregation of ascidian Ciona eggs. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishii H, Tani T.
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 32 号: 3 ページ: 274-288
  • DOI: 10.1091/mbc.e20-01-0083
  • 査読あり
• [雑誌論文] POLArIS, a versatile probe for molecular orientation, revealed actin filaments associated with microtubule asters in early embryos (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugizaki A, Sato K, Chiba K, Saito K, Kawagishi M, Tomabechi Y, Mehta S, Ishii H, Sakai N, Shirouzu M, Tani T, Terada S
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 118 号: 11
  • DOI: 10.1073/pnas.2019071118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Birefringence Changes of Dendrites in Mouse Hippocampal Slices Revealed with Polarizing Microscopy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Maki Koike-Tani M, Takashi Tominaga, Rudolf Oldenbourg, Tomomi Tani.
  • 雑誌名: Biophys J. 巻: - 号: 10 ページ: 2366-2384
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2020.03.016
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Radial alignment of microtubules through tubulin polymerization in an evaporating droplet. (2020)
  • 著者名/発表者名: Jakia Jannat Keya, Hiroki Kudoh, Arif Md. Rashedul Kabir, Daisuke Inoue, Nobuyoshi Miyamoto, Tomomi Tani, Akira Kakugo, Kazuhiro Shikinaka.
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 15(4) 号: 4 ページ: 0231352-0231352
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0231352
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deuterated Glutamate-Mediated Neuronal Activity on Micro-Electrode Arrays (2020)
  • 著者名/発表者名: Minoshima Wataru、Masui Kyoko、Tani Tomomi、Nawa Yasunori、Fujita Satoshi、Ishitobi Hidekazu、Hosokawa Chie、Inouye Yasushi
  • 雑誌名: Micromachines 巻: 11 号: 9 ページ: 830-830
  • DOI: 10.3390/mi11090830
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A composition-dependent molecular clutch between T cell signaling condensates and actin (2019)
  • 著者名/発表者名: Ditlev, JA., Vega, AR., Köster, DV Su, X., Tani, T., Lakoduk, AM., Vale, RD ; Mayor, S., Jaqaman, K., Rosen, MK
  • 雑誌名: eLife 巻: 8
  • DOI: 10.7554/elife.42695
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Single nucleosome imaging reveals loose genome chromatin networks via active RNA polymerase II (2019)
  • 著者名/発表者名: R Nagashima, K Hibino, SS Ashwin, M Babokhov, S Fujishiro, R Imai, T Nozaki, S Tamura, T Tani, H Kimura, M Shribak, MT Kanemaki, M Sasai, K Maeshima
  • 雑誌名: Journal of Cell Biology 巻: 218 号: 5 ページ: 1511-1530
  • DOI: 10.1083/jcb.201811090
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pectin chemistry and cellulose crystallinity govern pavement cell morphogenesis in a multi-step mechanism (2019)
  • 著者名/発表者名: Altartouri, B., Bidhendi, AJ., Tani, T., Suzuki, J., Conrad, C., Chebli, Y., Liu, N., Karunakaran, C., Scarcelli, G., Geitmann, A.
  • 雑誌名: Plant physiology 巻: 181 号: 1 ページ: 127-141
  • DOI: 10.1104/pp.19.00303
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genetically encoded orientation probes for F-actin for fluorescence polarization microscopy. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakai N, Sato K, Tani T, Saito K, Sato F, Terada S.
  • 雑誌名: Microscopy 巻: 68 号: 68 ページ: 359-368
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfz022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Self-organization of actin retrograde flow in lamellipodia (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Tani, Nori Nakai, Keisuke Sato, Sumio Terada
  • 学会等名: 第61回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 蛍光１分子偏光観察と分子配向プローブ技術で読み解く生体内超分子構造ダイナミクス (2023)
  • 著者名/発表者名: 谷知己、中井紀、佐藤啓介、寺田純雄
  • 学会等名: 第32回日本バイオイメージング学会学術集会
• [学会発表] ウッズホール海洋生物学研究所の研究と教育 (2023)
  • 著者名/発表者名: 谷知己
  • 学会等名: 第5回JAMBIO国際シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fluorescence polarization light-sheet microscopy for studying 3D molecular architectures in vivo (2022)
  • 著者名/発表者名: 谷知己、中井紀 、佐藤啓介、寺田純雄
  • 学会等名: 日本生物物理学会第60回年会
• [学会発表] 生体分子 1 分子の配向観察から読み解く細胞のダイナミクス (2021)
  • 著者名/発表者名: 谷 知己
  • 学会等名: レーザー学会
  • 招待講演
• [学会発表] Happyな細胞に聞いた生命のしくみ-井上信也博士に捧げる (2020)
  • 著者名/発表者名: 谷 知己
  • 学会等名: 生物物理学会
• [学会発表] 蛍光偏光顕微鏡による細胞骨格ダイナミクス研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 谷 知己
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議
• [学会発表] GFP Crystals, Fluorescence Polarization and Two Giants at the Marine Biological Laboratory, Woods Hole (2019)
  • 著者名/発表者名: 谷 知己
  • 学会等名: 日本生化学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Dissecting nano-scale architectures and dynamics of molecular assemblies in living cells with polarized light (2019)
  • 著者名/発表者名: 谷 知己
  • 学会等名: 生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 生体分子の位置と向きから読み解く細胞内分子間の相互作用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 谷 知己
  • 学会等名: 液晶学会 液晶物理・物性研究フォーラム講演会
  • 招待講演