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コヒーレントX線回折イメージングを用いた真核細胞の時空間階層構造イメージング

研究課題

研究課題/領域番号 19K21186
補助金の研究課題番号 18H06061 (2018)
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分基金 (2019)
補助金 (2018)
審査区分 0701:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

小林 周  国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (60824034)

研究期間 (年度) 2018-08-24 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードコヒーレントX線回折イメージング / 細胞イメージング / コヒーレント線回折イメージング
研究開始時の研究の概要

コヒーレントX線回折イメージングは、マイクロメートルサイズの非結晶試料を数~数十ナノメートル分解能で可視化する構造解析手法である。実験では試料に対して干渉性の高いX線を入射し、試料からのX線回折強度パターンを記録する。本手法は試料に化学固定や染色が必要ないため、ありのままの構造丸ごとを解析できるという利点がある。本研究では複雑な空間階層構造を有する細胞をターゲットとして、大型放射光施設SPring-8及びX線自由電子レーザー施設SACLAにおいてコヒーレントX線回折イメージング実験を実施し、細胞分裂などにおける諸過程の構造変化を追うことで、細胞の機能構造を解明する。

研究成果の概要

生命活動の解明には細胞の複雑な空間階層構造を可視化することが不可欠であり、μmからnmの広い分解能情報を網羅できる構造解析手法が必要となる。本研究では、コヒーレントX線回折イメージングを用いてμmサイズの細胞の三次元電子密度分布を数十nmの分解能で可視化するために、放射光施設SPring-8にて回折実験を行うための試料調製手法および装置制御システムの開発を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞の構造解析には蛍光顕微鏡や電子顕微鏡のように優れた顕微鏡法が定着している。しかし、これらの手法では細胞に固定や染色といった加工を施さないとμmから数十nmの空間階層構造を解析することが難しい。コヒーレントX線回折イメージングは、細胞の機能構造を損なうことなく、この空間階層を可視化する構造解析手法であり、顕微鏡法と組み合わせることで、生物学的研究を促進させることになると期待できる。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Methods and application of coherent X-ray diffraction imaging of noncrystalline particles2020

    • 著者名/発表者名
      Nakasako Masayoshi、Kobayashi Amane、Takayama Yuki、Asakura Kenta、Oide Mao、Okajima Koji、Oroguchi Tomotaka、Yamamoto Masaki
    • 雑誌名

      Biophysical Reviews

      巻: 12 号: 2 ページ: 541-567

    • DOI

      10.1007/s12551-020-00690-9

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diffraction apparatus and procedure in tomography X-ray diffraction imaging for biological cells at cryogenic temperature using synchrotron X-ray radiation2018

    • 著者名/発表者名
      Amane Kobayashi, Yuki Takayama, Koji Okajima, Mao Oide, Takahiro Yamamoto, Yuki Sekiguchi, Tomotaka Oroguchi, Masayoshi Nakasako, Yoshiki Kohmura, Masaki Yamamoto, Takahiko Hoshi, Yasufumi Torizuka
    • 雑誌名

      Journal of Synchrotron Radiation

      巻: 25 号: 6 ページ: 1803-1818

    • DOI

      10.1107/s1600577518012687

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cryogenic Coherent X-ray Diffraction Imaging Techniques for Structural Analyses of Biological Cells and Cellular Organelles2018

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Amane、Takayama Yuki、Oroguchi Tomotaka、Okajima Koji、Oide Mao、Yamamoto Masaki、Nakasako Masayoshi
    • 雑誌名

      Microscopy and Microanalysis

      巻: 24 号: S2 ページ: 14-15

    • DOI

      10.1017/s1431927618012503

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 生物細胞の低温X線回折イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由、高山裕貴、小林 周、山本隆寛、大出真央、岡島公司、苙口友隆、山本雅貴
    • 雑誌名

      放射光

      巻: 31 ページ: 189-201

    • NAID

      40021599633

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] コヒーレント X 線回折イメージング実験で得られる回折強度パターンの位相回復計算の高効率化2020

    • 著者名/発表者名
      小林周、高山裕貴、山本隆寛、大出真央、岡島公司、苙口友隆、山本雅貴、中迫雅由
    • 学会等名
      第33回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
      2019 実績報告書
  • [学会発表] X線自由電子レーザーを用いたX線回折イメージング実験によるシアノバクテリアProchlorococcusの共通構造の可視化2020

    • 著者名/発表者名
      小林周、高山裕貴、平川健、岡島公司、大出真央、苙口友隆、乾弥生、山本雅貴、松永幸大、中迫雅由
    • 学会等名
      第61回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 間期酵母核内における染色体の構造特徴と空間分布 XFEL-X線回折イメージングによる構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由、山本隆寛、小林周、大出真央、岡島公司、高山裕貴、苙口友隆、山本雅貴
    • 学会等名
      第33回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
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 間期酵母核内における染色体の構造特徴と空間分布XFEL-X線回折イメージングによる構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      朝倉健太、山本隆寛、小林周、大出真央、岡島公司、高山裕貴、苙口友隆、山本雅貴、中迫雅由
    • 学会等名
      第33回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
      2019 実績報告書
  • [学会発表] G1期酵母細胞核内における核酸分布のXFELX線回折イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由、山本隆寛、小林周、大出真央、岡島公司、高山裕貴、苙口友隆、山本雅貴
    • 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 実績報告書
  • [学会発表] 細胞の低温コヒーレントX線回折イメージングトモグラフィー実験における計測手法の高度化2019

    • 著者名/発表者名
      小林周、高山裕貴、山本隆寛、朝倉健太、大出真央、大野哲、溝口陽太、岡島公司、苙口友隆、香村芳樹、山本雅貴、中迫雅由
    • 学会等名
      第32回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
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Cryogenic Coherent X-ray Diffraction Imaging Techniques for Structural Analyses of Biological Cells and Cellular Organelles2018

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Amane、Takayama Yuki、Oroguchi Tomotaka、Okajima Koji、Oide Mao、Yamamoto Masaki、Nakasako Masayoshi
    • 学会等名
      14th International Conference on X-ray Moicroscopy
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] コヒーレントX線回折イメージング実験における高効率データ収集法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      小林周
    • 学会等名
      第10回放射光学会若手研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 低温X線回折イメージング・トモグラフィ -技術の確立(プレスリリース)

    • URL

      http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2018/181026/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-08-27   更新日: 2024-03-26  

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