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リン酸基結合分子の変化によるリン吸収端構造変化とそのクロマチン可視化応用

研究課題

研究課題/領域番号 19H04391
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80040:量子ビーム科学関連
研究機関東北大学

研究代表者

江島 丈雄  東北大学, 国際放射光イノベーション・スマート研究センター, 准教授 (80261478)

研究分担者 大山 隆  早稲田大学, 教育・総合科学学術院, 教授 (60268513)
刀袮 重信  東京電機大学, 理工学研究科, 特別専任教授 (70211399)
東口 武史  宇都宮大学, 工学部, 教授 (80336289)
若山 俊隆  埼玉医科大学, 保健医療学部, 教授 (90438862)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2021年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2019年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
キーワード軟X線 / 誘導放出抑制 / シンチレーター / STED / 超解像 / 吸収端構造 / 軟X線顕微鏡 / リン酸基 / コンフォメーション / 電子構造 / 高空間分解能 / ナノ
研究開始時の研究の概要

リン酸基は生物細胞中において安定な結合単位の一つであり、その電子状態はP原子とO原子が作るsp3混成軌道がO原子に配位する有機分子やリン酸基が作る正四面体構造の構造変化によって変化する。本研究では、細胞核内のクロマチン構造変化やDNAの自己集合・分解に由来する電子構造変化をP吸収端を用いて明らかにし、その可視化を試みたい。
そのために、
I.リン酸基の数の大小によるリン酸化合物の電子状態変化を吸収端構造変化として測定し、その起源を明らかにする。
II.電子状態変化による部分状態密度画像を得るための波長可変な可視-軟X線2次元検出器の開発を行う。

研究成果の概要

本研究では、軟X線顕微鏡を用いてDNAの位置と構造変化がP-L2,3吸収端構造に反映されることを実験的に見出し、更にDNA中のリン酸基を可視化し、その形状変化をリン酸基に結合する分子の変化として理解することを試みた。
具体的には、アポトーシス単離核の各段階において赤外とP-L吸収端の吸収測定を行い、それらのスペクトル形状変化からDNA中のリン酸基の変化を明らかにした。その結果、アポトーシスの進行につれて、赤外吸収からは主であったB-DNA構造が減少しA-DNAまたはZ-DNAに変化した。P-L吸収端スペクトル形状からはDNAが分解されPO4クラスターに変化したことが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

生物学や医学の基礎となる細胞核中の変化の観測は、光学顕微鏡に蛍光染色技術を組み合わせた超解像顕微鏡による形状変化を追う手法が主である一方、退色や染色剤による構造変化が問題となる場合があり、蛍光染色法以外の超解像技術が求められている。
本研究で対象としたリン酸基は安定な結合単位の一つで、その電子状態は配位する分子に応じて変化する。本研究ではアポトーシス中の細胞核DNAの変化を赤外吸収と軟X線吸収の二つの波長域を用いて測定し、DNA中のリン酸基の振動状態および電子状態の変化と対応する細胞核の形状変化を明らかにした。その結果、これらの手法が超解像法として有用な手法である可能性を示した。

報告書

(4件)
  • 2022 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 3件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Cruciform Formable Sequences within Pou5f1 Enhancer Are Indispensable for Mouse ES Cell Integrity2021

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Yu、Miura Osamu、Ohyama Takashi
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 22 号: 7 ページ: 3399-3399

    • DOI

      10.3390/ijms22073399

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electron temperature and soft x-ray intensity scaling in laser heavy element plasma interaction2020

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Hiromu、Sunahara Atsushi、Shimada Yuta、Ejima Takeo、Jiang Weihua、O’Sullivan Gerry、Nishikino Masaharu、Namba Shinichi、Higashiguchi Takeshi
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 10 号: 6 ページ: 065306-065306

    • DOI

      10.1063/5.0009946

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Stimulated emission depletion phenomenon in luminescence of Ce:LSO excited by soft X-rays2020

    • 著者名/発表者名
      EJIMA Takeo, WAKAYAMA Toshitaka, SHINOZAKI Natsumi, SHOJI Misaki, HIGASHIGUCHI Takeshi
    • 雑誌名

      Photon Factory Activity Report 2019

      巻: 37 ページ: 83-83

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Silicon twisted cone structure produced by optical vortex pulse with structure evaluation by radiation hydrodynamic simulation2020

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Daisuke、Tasaki Ryohei、Kawamoto Miki、Oshima Hiroki、Higashihata Mitsuhiro、Ikenoue Hiroshi、Wakayama Toshitaka、Sunahara Atsushi、Higashiguchi Takeshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 20512-20512

    • DOI

      10.1038/s41598-020-77323-4

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detection of birefringence singularity by supercontinuum vector beam2020

    • 著者名/発表者名
      Shoji Misaki、Wakayama Toshitaka、Ishida Hirokazu、Kowa Hiroyuki、Sakaue Kazuyuki、Miura Taisuke、Higashiguchi Takeshi
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 59 号: 34 ページ: 10846-10846

    • DOI

      10.1364/ao.409477

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nutritional exchange of old and new body of just rejuvenated individual of Turritopsis sp. (Hydrozoa, Anthomedusae) from Wakayama Prefecture, Japan2020

    • 著者名/発表者名
      久保田信 刀祢重信
    • 雑誌名

      Bull. biogeogr. Soc. Japan

      巻: 75 ページ: 140142-140142

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A low amyloidogenic E61K transthyretin mutation may cause familial amyloid polyneuropathy.2020

    • 著者名/発表者名
      Murakami T, Yokoyama T, Mizuguchi M, Toné S, Takaku S, Sango K, Nishimura H, Watabe K, Sunada Y.
    • 雑誌名

      J Neurochem

      巻: 156 号: 6 ページ: 957-966

    • DOI

      10.1111/jnc.15162

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Luminescence properties of scintillators in soft X-ray region2020

    • 著者名/発表者名
      Ejima Takeo、Kurosawa Shunsuke、Yamaji Akihiro、Hatano Tadashi、Wakayama Toshitaka、Higashiguchi Takeshi、Kitaura Mamoru
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 219 ページ: 116850-116850

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2019.116850

    • 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] Demonstration of stimulated emission depletion phenomenon in luminescence of solid-state scintillator excited by soft X-rays2020

    • 著者名/発表者名
      Ejima Takeo、Wakayama Toshitaka、Shinozaki Natsumi、Shoji Misaki、Hatayama Genta、Higashiguchi Takeshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1038/s41598-020-62100-0

    • 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] Quantitative Distribution of DNA, RNA, Histone and Proteins Other than Histone in Mammalian Cells, Nuclei and a Chromosome at High Resolution Observed by Scanning Transmission Soft X-Ray Microscopy (STXM)2019

    • 著者名/発表者名
      K. Shinohara, S. Tone, T. Ejima, T. Ohigashi, A. Ito
    • 雑誌名

      Cells

      巻: 8 号: 2 ページ: 164-164

    • DOI

      10.3390/cells8020164

    • 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] Enhancement of water-window soft x-ray emission from laser-produced Au plasma under low-pressure nitrogen atmosphere2019

    • 著者名/発表者名
      John Christian、Kishimoto Maki、Johzaki Tomoyuki、Higashiguchi Takeshi、Kakunaka Noboru、Matsumoto Yasuhiro、Hasegawa Noboru、Nishikino Masaharu、Ejima Takeo、Sunahara Atsushi、Endo Takuma、Namba Shinichi
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 44 号: 6 ページ: 1439-1442

    • DOI

      10.1364/ol.44.001439

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Supercontinuum vector beam generation by independent manipulations of angular polarization and geometric phase2019

    • 著者名/発表者名
      Wakayama Toshitaka、Shinozaki Natsumi、Shoji Misaki、Ishiyama Takayuki、Sakaue Kazuyuki、Miura Taisuke、Ejima Takeo、Higashiguchi Takeshi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 114 号: 23 ページ: 231101-231101

    • DOI

      10.1063/1.5093189

    • 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] Soft X-ray spectral analysis of laser produced molybdenum plasmas using the fundamental and second harmonics of a Nd:YAG laser2019

    • 著者名/発表者名
      Lokasani Ragava、Kawasaki Hiromu、Shimada Yuta、Shoji Misaki、Anraku Kyoya、Ejima Takeo、Hatano Tadashi、Jiang Weihua、Namba Shinichi、Nikl Jan、Zeman Michal、O’Sullivan Gerry、Higashiguchi Takeshi、Limpouch Jiri
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 27 号: 23 ページ: 33351-33358

    • DOI

      10.1364/oe.27.033351

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Total luminescence yield of some scintillators in the photon energy region from 300 eV to 1.3 keV2019

    • 著者名/発表者名
      T. EJIMA, S. KUROSAWA, A. YAMAJI, T. HATANO, T. WAKAYAMA, T. HIGASHIGUCHI, , M. KITAURA
    • 雑誌名

      Photon Factory Activity Report 2018

      巻: 36

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fabrication of Cr/Sc/Mo multilayer illuminator for water window soft X-ray microscopes with Bi plasma sources2019

    • 著者名/発表者名
      T. HATANO, T. EJIMA, Y. ONO, T.-H. DINH, T. TAMURA,K. MAEDA, H. HARA,T. HIGASHIGUCHI
    • 雑誌名

      Photon Factory Activity Report 2018

      巻: 36

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] Eu:GGGの軟X線励起発光における誘導放出2021

    • 著者名/発表者名
      江島丈雄, 江島丈雄, 金田凌祐, 中山勇冬, 小川純里, 若山俊隆, 東口武史
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 軟X線励起蛍光におけるSTED現象2021

    • 著者名/発表者名
      江島丈雄, 若山俊隆, 篠崎夏美, 庄司美咲, 羽多野忠, 東口武史
    • 学会等名
      日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] keV領域多層膜回折格子のための多層膜開発2021

    • 著者名/発表者名
      羽多野忠, 羽多野忠, 江島丈雄
    • 学会等名
      日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 偏光のトポロジー制御とその応用2021

    • 著者名/発表者名
      若山俊隆
    • 学会等名
      第3回日本光学会関西支部講演会「偏光を利用した光技術の展開」
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 超広帯域ベクトルビームによる複屈折特異点の検出2021

    • 著者名/発表者名
      若山俊隆, 庄司美咲,小川純里,坂上和之,東口武史
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Basic study of temperature independent fiber bending sensor for catheters using multicore fiber Bragg grating and two-photon absorption process in Si-APD2021

    • 著者名/発表者名
      Zhao Shihua, Naohiro Sonoda, Reina Takagi, Itsuki Saito, Tetsuya Abe, Toshitaka Wakayama, Yosuke Tanaka
    • 学会等名
      SPIE Future Sensing Technologies
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] レーザー生成プラズマ光源による水の窓軟X線顕微鏡とSTED現象による高解像度化への試み2020

    • 著者名/発表者名
      東口 武史, 川崎 太夢, 庄司 美咲, 影山 稜, 若山 俊隆, 羽多野 忠, 江島 丈雄
    • 学会等名
      レーザー学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 軟X線励起蛍光におけるSX-STEDイメージング2020

    • 著者名/発表者名
      江島 丈雄、若山 俊隆、石山 貴之、安楽 響哉、金田 凌祐、ロイ ショミット、津田 準一、坂上 和之、東口 武史
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ビスマスプラズマ水の窓軟X線源の開発2019

    • 著者名/発表者名
      川崎 太夢、島田 悠太、難波 慎一、佐々木 明、錦野 将元、羽多野 忠、江島 丈雄、東口 武史
    • 学会等名
      電気学会研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 生物細胞観測のための軟X線相関顕微法の開発と現状2019

    • 著者名/発表者名
      江島丈雄
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Ce:LSOの軟X線励起蛍光におけるSTED現象2019

    • 著者名/発表者名
      江島 丈雄、若山 俊隆、篠崎 夏美、庄司 美咲、石山 貴之、坂上 和之、東口 武史
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] X線撮像素子のピクセルサイズを従来の1/1000以下にする超解像現象の発見

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2020/03/press20200326-02-X.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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