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: ライトシート顕微鏡 / 細胞骨格 / 蛍光偏光 / 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 / バイオイメージング / １分子観察 / 生体分子構造変化 / 偏光顕微鏡 / 1分子観察

研究実績の概要

前年度までに開発した、直交する2軸のライトシートによる等方的な偏光照明光学系の確立に加え、今年度は観察光学系を光学基盤の直線上に構築することにより、これまでの蛍光偏光計測において課題となっていた、45度折り曲げミラーおよびダイクロイックミラーによる45度の偏光透過軸と135度の偏光透過軸間の消光比の劣化を解消し、0度と90度の偏光透過軸と同様に高い消光比を持つ蛍光偏光観察光学系を完成させた。一方で、新たに構築した観察光学系は光学基盤上に水平の光路をもつため、水平向きとなるディッピング水浸対物レンズに対しては、水漏れしないように工夫された観察試料保持用チェンバーの開発が必要となった。今年度はこの点をクリアした観察試料保持用チェンバーおよび、３次元断層撮影時にチェンバー内で観察試料のみを（チェンバー全体は動かさずに）光軸方向に動かすピエゾステージ操作法の開発により、単一細胞内の突起構造などの細胞内微細構造から、小型魚類胚全体まで、サブミクロンからミリの幅広い空間的広がりのレンジにおける生体分子配向観察を可能とする実用化システムが完成した。今年度は高NAディッピング水浸対物レンズを用いた線虫の個体イメージングおよびその体内における胚発生の観察、またショウジョウバエ胚内の臓器形成を観察対象として、多細胞個体の断層イメージングにおける分子配向観察をすすめた。また、乾燥系低倍レンズを用いた透明化組織観察では、３ミリ立方程度の広がりをもつメダカ成魚脳のほぼ全体像を３次元的に画像取得できた。このような3次元分子配向観察は多細胞生物の個体発生や臓器オルガノイド形成など、３次元組織の形態形成メカニズムを明らかにする上で活用されることが期待される。

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