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生体高分子を標的としたテラヘルツ波照射による細胞機能制御

研究課題

研究課題/領域番号 19K15812
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分38060:応用分子細胞生物学関連
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

山崎 祥他  国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 基礎科学特別研究員 (50798345)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
キーワードテラヘルツ / アクチン / 光制御 / 細胞機能制御 / 生体高分子
研究開始時の研究の概要

周波数が光と電波の中間領域に位置するテラヘルツ(THz)波は、可視光と比較して光子エネルギーが1000倍低く、高強度でも照射対象の破壊や変性を誘起しない特徴がある。また、THz波の周波数は分子間振動や格子振動に相当するため、高強度THz波による励起により高分子構造の変換を誘起できると考えられる。本研究では、THz波照射による生体内の高分子操作の可能性を探索する。さらにTHz波の周波数帯特性を活かし、生体高分子を標的とした細胞機能制御技術としてTHz波の応用を目指す。

研究成果の概要

本研究では、高強度テラヘルツ(THz)光の照射により生体高分子であるアクチン繊維の構造操作に成功した。THz光はその周波数が高分子の分子間結合に相当するため、高強度照射により高分子の高次構造変換を誘起できると考えられているが、これまで生体内に存在する高分子への影響は明らかになっていない。本研究はTHz光によるアクチン繊維の構造操作を介した細胞機能制御の可能性を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年、様々な研究分野でTHz周波数帯の光が利用され始めている。しかし、THz光照射による細胞影響や機能制御を目的とした研究は行われていない。本研究で明らかにしたTHz光による生体高分子の操作は、将来的な光による細胞機能制御に繋がることが期待される。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Propagation of THz irradiation energy through aqueous layers: Demolition of actin filaments in living cells2020

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki Shota、Harata Masahiko、Ueno Yuya、Tsubouchi Masaaki、Konagaya Keiji、Ogawa Yuichi、Isoyama Goro、Otani Chiko、Hoshina Hiromichi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 9008-9008

    • DOI

      10.1038/s41598-020-65955-5

    • NAID

      120006848270

    • 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] The Actin-Family Protein Arp4 Is a Novel Suppressor for the Formation and Functions of Nuclear F-Actin2020

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki Shota、Gerhold Christian、Yamamoto Koji、Ueno Yuya、Grosse Robert、Miyamoto Kei、Harata Masahiko
    • 雑誌名

      Cells

      巻: 9 号: 3 ページ: 758-758

    • DOI

      10.3390/cells9030758

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of mycalolides isolated from a marine sponge Mycale aff. nullarosette on actin in living cells2019

    • 著者名/発表者名
      Hayashi-Takanaka Yoko、Kina Yuto、Nakamura Fumiaki、Yamazaki Shota、Harata Masahiko、Soest Rob W. M. van、Kimura Hiroshi、Nakao Yoichi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 7540-7540

    • DOI

      10.1038/s41598-019-44036-2

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 高強度テラヘルツ光による生体内高分子「アクチン繊維」の操作2019

    • 著者名/発表者名
      山崎祥他
    • 雑誌名

      光学

      巻: 48 ページ: 402-406

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] THz光の周波数帯特性を利用した細胞機能制御2020

    • 著者名/発表者名
      山崎祥他
    • 学会等名
      テラヘルツ科学の最先端 VII
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] テラヘルツ光を利用した細胞内タンパク質構造体の操作2020

    • 著者名/発表者名
      山崎祥他
    • 学会等名
      光・量子ビーム科学 合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Actin filament is one of the key biomolecules affected by THz wave2020

    • 著者名/発表者名
      Shota Yamazaki
    • 学会等名
      The 8th International Workshop on Far-Infrared Technologies (IW-FIRT 2021)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] テラヘルツパルス光誘起衝撃波によるアクチン繊維の断片化2020

    • 著者名/発表者名
      山崎祥他
    • 学会等名
      第43回分子生物学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] テラヘルツ光による衝撃波の発生を介した生体高分子の構造操作2020

    • 著者名/発表者名
      山崎祥他
    • 学会等名
      東北大学&理化学研究所 連携シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] テラヘルツ光による衝撃波発生を介した生体高分子の操作2020

    • 著者名/発表者名
      山崎祥他, 原田昌彦, 坪内雅明, 小川雄一, 磯山悟朗, 大谷知行, 保科宏道
    • 学会等名
      2019年度衝撃波シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [産業財産権] 生体高分子操作装置および生体高分子操作方法2020

    • 発明者名
      山崎祥他
    • 権利者名
      山崎祥他
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2022-01-27  

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