細胞分子挙動観察のための蛍光性シリコンナノ結晶の開発と応用

• 研究課題/領域番号: 23657101
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 楠見 明弘 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 教授 (50169992)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2012年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2011年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 応用光学・量子光工学 / 複合材料・物性 / マイクロ・ナノデバイス / 量子ドット / シグナル伝達

研究概要

蛍光顕微鏡観察、特に１分子蛍光観察の限界は、蛍光プローブにあった。とりわけ、以下の３つの問題、　(１) 大きい（量子ドットとGFP）、　(２) 退色する（量子ドットでさえ数分）、　(３)点滅する（特に、GFPと量子ドット）の早急な解決が必要であった。本研究では、生物医学の分野ではほとんど注目されてこなかったシリコンナノ結晶に注目し、300分以上退色もブリンクもせず、大きさも1~4nm程度に収まる生医学応用のためのシリコンナノ粒子を開発した。表面親水化、1個のナノ結晶に1個のタンパク質を結合させる方法の開発にも成功し、細胞膜上の受容体1分子を今までより10倍以上長く追跡することが可能になった。

研究成果

• [雑誌論文] Biexciton state causes photoluminescence fluctuations in CdSe/ZnS core/shell quantum dots at high photoexcitation densities (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Yoshikawa, H. Hirori, H. Watanabe, T. Aoki, T. Ihara, R. Kusuda, C. Wolpert, T. K. Fujiwara, A. Kusumi, Y. Kanemitsu, and K. Tanaka
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: Vol.88 号: 15
  • DOI: 10.1103/physrevb.88.155440
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biocompatible fluorescent silicon nanocrystals for single-molecule tracking and fluorescence imaging (2013)
  • 著者名/発表者名: Nishimura H, Ritchie K, Kasai RS, Morone N, Sugimura H, Tanaka K, Sase I, Yoshimura A, Nakano Y, Fujiwara TK, and Kusumi A
  • 雑誌名: J Cell Biol. 巻: 202 号: 6 ページ: 967-83
  • DOI: 10.1083/jcb.201301053
  • 査読あり
• [雑誌論文] Racl recruitment to the archipelago structure of the focal adhesion through the fluid membrane as revealed by single-molecule analysis (2013)
  • 著者名/発表者名: A. C. E. Shibata, L. H. Chen, R. Nagai, F. Ishidate, R. Chadda, Y. Miwa, K. Naruse, Y. M. Shirai, T. K. Fujiwara, and A. Kusumi
  • 雑誌名: Cytoskeleton 巻: 70 号: 3 ページ: 161-177
  • DOI: 10.1002/cm.21097
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic organizing principles of the plasma membrane that regulate signal transduction : commemorating the fortieth anniversary of Singer and Nicolson's fluid-mosaic model. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kusumi A, Fujiwara TK, Chadda R, Xie M, Tsunoyama TA, Kalay Z, Kasai RS, Suzuki KG.
  • 雑誌名: Annual review of cell and developmental biology 巻: 28 号: 1 ページ: 215-50
  • DOI: 10.1146/annurev-cellbio-100809-151736
  • 査読あり
• [雑誌論文] Membrane mechanisms for signal transduction : The coupling of the meso-scale raft domains to membrane-skeleton-induced compartments and dynamic protein complexes (2012)
  • 著者名/発表者名: A.Kusumi, T.K.Fujiwara, N.Morone, K.J.Yoshida, R.Chadda, M.Xie, R.S.Kasai, K.G.N.Suzuki
  • 雑誌名: Semin.Cell.Dev.Biol. 巻: 23(2) 号: 2 ページ: 126-144
  • DOI: 10.1016/j.semcdb.2012.01.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Archipelago architecture of the focal adhesion: Membrane molecules freely enter and exit from the focal adhesion zone (2012)
  • 著者名/発表者名: A. C. E. Shibata, T. K. Fujiwara, L. Chen, K. G. N. Suzuki, Y. Ishikaia, Y. L. Nemoto, Y. Miwa, Z. Kalay, R. Chadda, K. Naruse, and A. Kusumi
  • 雑誌名: Cytoskeleton 巻: 69 号: 6 ページ: 380-392
  • DOI: 10.1002/cm.21032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hierarchical meso-scale somain organization of the plasma membrane (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Kusumi, K.G.N.Suzuki, R.S.Kasai, K.Ritchie, T.K.Fujiwara
  • 雑誌名: Trends Biochem.Sci. 巻: 36 号: 11 ページ: 604-615
  • DOI: 10.1016/j.tibs.2011.08.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytoskeleton-induced meso-scale domains (2011)
  • 著者名/発表者名: Z. Kalay, T. K. Fujiwara, and A. Kusumi
  • 雑誌名: Cellular Domains 巻: Chapter 1 ページ: 3-22
  • DOI: 10.1002/9781118015759.ch1
  • 査読あり
• [学会発表] Dynamic organizing principles of the plasma membrane that regulate signal transduction : single-molecule tracking studies (2012)
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: Departmental Seminar
  • 発表場所: Dept. of Physiology, University of Otago, University of Otago(ニュージーランド)
  • 年月日: 2012-11-26
• [学会発表] Organizing principles of the plasma membrane : Three-tiered hierarchical meso-scale domain architecture revealed by single-molecule tracking (2012)
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: Joint Summer Research School in Nanomedicine
  • 発表場所: 慶應義塾大学(東京)
  • 年月日: 2012-08-02
• [学会発表] Signal transduction of GPI-anchored receptors based on dimerization and raft-lipid interaction (2012)
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: The 105th International Titisee Conferences
  • 発表場所: Treschers Schwarzwaldhotel am See(ドイツ)
  • 年月日: 2012-03-29
• [学会発表] Signal transduction of GPI-anchored receptors based on dimerization and raft-lipid interaction (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Kusumi
  • 学会等名: The International Titisee Conferences(招待講演)
  • 発表場所: ティティーゼ（ドイツ）
• [学会発表] Lipid-Stabilized Dynamic Homo-Dimers of GPI-Anchored Receptors Convert into Oligomeric Signaling Clusters (2011)
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: The 51st Annual Meeting of the American Society for Cell Biology
  • 発表場所: Colorado Convention Center(アメリカ)
  • 年月日: 2011-12-03
• [学会発表] Organizing principle of the plasma membrane : three-tiered meso-scale domain architecture revealed by single-molecule tracking (2011)
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: The 8th European Biophysics Congress
  • 発表場所: Eotvos Lorand University(ハンガリー)
  • 年月日: 2011-08-27
• [学会発表] Raft-facilitated protein interactions for signal transduction as revealed by single-molecule imaging (2011)
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: The 30th Naito Conference "Membrane Dynamics and Lipid Biology [II] : Domains, Droplets and Diseases"
  • 発表場所: シャトレーゼガトーキングダムサッポロ(北海道)
  • 年月日: 2011-06-29
• [学会発表] Raft-facilitated protein interactions for signal transduction as revealed by single-molecule imaging (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Kusumi
  • 学会等名: The 30th Naito Conference. "Membrane Dynamics and Lipid Biology [II]: Domains, Droplets and Diseases."(招待講演)
  • 発表場所: シャトレーゼ ガトーキングダム（北海道）
• [学会発表] Organizing principle of the plasma membrane: three-tiered meso-scale domain architecture revealed by single-molecule tracking (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Kusumi
  • 学会等名: The 8th European Biophysics Congress(招待講演)
  • 発表場所: ブダペスト（ハンガリー）
• [学会発表] Lipid-Stabilized Dynamic Homo-Dimers of GPI-Anchored Receptors Convert into Oligomeric Signaling Clusters (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Kusumi
  • 学会等名: The American Society for Cell Biology 2011 Annual Meeting(招待講演)
  • 発表場所: デンバー（アメリカ）
• [学会発表] 細胞膜上の特別なドメインの形成機構と機能
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: 第27回動物細胞工学シンポジウム 「細胞表面の理解と応用」
  • 発表場所: 東京工業大学キャンパス・イノベーションセンター（東京)
  • 招待講演
• [学会発表] 1分子毎に見て細胞膜がはたらく仕組みを解く
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: 京都大学 再生医科学研究所 第7回公開講演会 「分子から細胞さらに再生医療へ」
  • 発表場所: 京都大学（京都）
  • 招待講演
• [学会発表] Organizing principles of the plasma membrane: Three-tiered hierarchical meso-scale domain architecture revealed by single-molecule tracking
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: Joint Summer Research School in Nanomedicine
  • 発表場所: 慶応義塾大学（東京）
  • 招待講演
• [学会発表] 受容体ホモダイマーによるラフト機能創出：1分子イメジングによる研究
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: 第21回日本バイオイメージング学会学術集会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都）
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞膜の階層メゾドメイン構造とシグナル変換制御機構：1分子イメージングによる研究
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: 第34回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学（京都）
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamic organizing principles of the plasma membrane that regulate signal transduction: single-molecule tracking studies
  • 著者名/発表者名: A. Kusumi
  • 学会等名: Departmental Seminar, Dept. of Physiology, University of Otago
  • 発表場所: University of Otago（ニュージーランド）
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞膜シグナル伝達を担うメゾスケールドメイン構造：1分子イメージング解析による研究
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: 大阪大学 蛋白質研究所 セミナー ｢シグナル伝達と解析技術のあらたな潮流｣
  • 発表場所: 大阪大学蛋白質研究所（大阪）
  • 招待講演
• [備考]
  • URL: http://www.nanobio.frontier.kyoto-u.ac.jp/