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組織・細胞における3次元温度イメージングを通して知る生体物質の熱動態制御

研究課題

研究課題/領域番号 23K26510
補助金の研究課題番号 23H01817 (2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2023)
応募区分一般
審査区分 小区分28040:ナノバイオサイエンス関連
研究機関基礎生物学研究所

研究代表者

亀井 保博  基礎生物学研究所, 超階層生物学センター, RMC教授 (70372563)

研究分担者 冨樫 祐一  立命館大学, 生命科学部, 教授 (50456919)
研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)
2025年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2024年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2023年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
キーワードバイオサーモロジー / イメージング / 熱動態解析 / 温度計測 / 高速イメージング / 熱ショック応答 / HSF / 赤外レーザー / 単一細胞 / biothermology
研究開始時の研究の概要

高速温度イメージング技術(高速蛍光イメージング光学系開発と温度計測用蛍光タンパク質プローブの活用)を使って、生体内物質やその構造による熱伝導を観測し、また、分子動態解析シミュレーションを併用してミクロの世界における熱伝搬理論を模索する。これを通じて「生命にとっての熱・温度とは何か?」の理解のための考察を深める。

研究実績の概要

生物にとっての熱・温度とは何か?という問いに対する本質的理解を、イメージング技術を使って得ることが本課題の目的である。マクロ系で確立された熱力学理論で説明できない現象として細胞内に温度分布があることが近年示されてきた。真偽は議論の最中であるが、私自身は、マクロの理論で考慮されていない点(パラメーター)があると考えている。現在の伝熱理論では分子の平均運動量として温度を捉え、その伝搬の方向性は全周的であるとしていが、ミクロ・ナノの世界における熱伝搬は、生体物質の「構造」によって方向性の差、つまり、熱伝搬の異方性を考慮する必要があると考えている。生体物質を構造化したモデル組織、および、実際の細胞内で、3D高速温度イメージングによって実測・解析し、ミクロ熱力学に帰結させる。
2023年度は、生物系実験として、温度プローブ(B-gTEMP)を発現する哺乳類培養細胞の安定発現株のクローニングが完了し、また、同プローブを発現するメダカ系統の作製のためのインジェクションが終了した。一方で、高速温度イメージングのためのハードとして、高感度カメラを使った顕微鏡光学系の構築が完了した。また、分子動態解析用PCをセットアップした。また、マイクロデバイス中に細胞あるいは膜成分を閉じ込めて1次元的な熱伝導イメージングを行うためのデバイスを試作した。ライブイメージングのために屈折率が水と同じCytopを利用したデバイスの作製方法を確立した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

高速温度イメージング光学系の構築を終え、また、マイクロデバイスの作製手法の確立が行えたこと、さらに、分子動力学シミュレーションを専門とする立命館大学の冨樫教授に参画頂き、マイクロデバイス実験から得られた時間的な温度変化結果による熱伝導率計算と、分子動力学シミュレーションの結果を比較検討できる体制を築くことができたため。

今後の研究の推進方策

2024年度は、マイクロデバイスに細胞または人工膜構造を構築して実際に高速温度イメージング実験を実施する。その結果を元にそれぞれの熱伝導率計算を行う。一方で分担者の冨樫教授と分子動力学シミュレーションをモデル系で行って両者の結果を比較する。おそらく分子動力学シミュレーションのパラメータの追加などが必要となると思われるので、冨樫教授とは密に議論を行う。

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2023 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] The shh limb enhancer is activated in patterned limb regeneration but not in hypomorphic limb regeneration in Xenopus laevis2023

    • 著者名/発表者名
      Tada Reimi、Higashidate Takuya、Amano Takanori、Ishikawa Shoma、Yokoyama Chifuyu、Kobari Suzu、Nara Saki、Ishida Koshiro、Kawaguchi Akane、Ochi Haruki、Ogino Hajime、Yakushiji-Kaminatsui Nayuta、Sakamoto Joe、Kamei Yasuhiro、Tamura Koji、Yokoyama Hitoshi
    • 雑誌名

      Developmental Biology

      巻: 500 ページ: 22-30

    • DOI

      10.1016/j.ydbio.2023.05.009

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Targeted single-cell gene induction by optimizing the dually regulated CRE/loxP system by a newly defined heat-shock promoter and the steroid hormone in Arabidopsis thaliana2023

    • 著者名/発表者名
      Takumi Tomoi, Toshiaki Tameshige, Eriko Betsuyaku, Saki Hamada, Joe Sakamoto, Naoyuki Uchida, Keiko U Torii, Kentaro K Shimizu, Yosuke Tamada, Hiroko Urawa, Kiyotaka Okada, Hiroo Fukuda, Kiyoshi Tatematsu, Yasuhiro Kamei, Shigeyuki Betsuyaku
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: in press ページ: 1171531-1171531

    • DOI

      10.3389/fpls.2023.1171531

    • 関連する報告書
      2023 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] Optineurin deficiency impairs autophagy to cause interferon beta overproduction and increased survival of mice following viral infection2023

    • 著者名/発表者名
      Fukushi Masaya、Ohsawa Ryosuke、Okinaka Yasushi、Oikawa Daisuke、Kiyono Tohru、Moriwaki Masaya、Irie Takashi、Oda Kosuke、Kamei Yasuhiro、Tokunaga Fuminori、Sotomaru Yusuke、Maruyama Hirofumi、Kawakami Hideshi、Sakaguchi Takemasa
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 18 号: 6 ページ: e0287545-e0287545

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0287545

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Automated contour extraction for light-sheet microscopy images of zebrafish embryos based on object edge detection algorithm2023

    • 著者名/発表者名
      Kondow Akiko、Ohnuma Kiyoshi、Taniguchi Atsushi、Sakamoto Joe、Asashima Makoto、Kato Kagayaki、Kamei Yasuhiro、Nonaka Shigenori
    • 雑誌名

      Development, Growth & Differentiation

      巻: 65 号: 6 ページ: 311

    • DOI

      10.1111/dgd.12871

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Epigenetically distinct synaptic architecture in clonal compartments in the teleostean dorsal pallium2023

    • 著者名/発表者名
      Yasuko Isoe, Ryohei Nakamura, Shigenori Nonaka, Yasuhiro Kamei, Teruhiro Okuyama, Naoyuki Yamamoto, Hideaki Takeuchi, Hiroyuki Takeda
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 12 e85093

    • DOI

      10.7554/elife.85093

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Adaptive optics microscopy with wavefront sensing based on neighbor correlation2023

    • 著者名/発表者名
      Noriaki Miura, Yusuke Ashida, Yuya Matsuda, Takatoshi Shibuya, Yosuke Tamada, Shuto Hatsumi, Hirotsugu Yamamoto, Ikumi Kajikawa, Yasuhiro Kamei, Masayuki Hattori
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 64 号: 11 ページ: 1372-1382

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad138

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An archetype and scaling of developmental tissue dynamics across species2023

    • 著者名/発表者名
      Morishita Yoshihiro、Lee Sang-Woo、Suzuki Takayuki、Yokoyama Hitoshi、Kamei Yasuhiro、Tamura Koji、Kawasumi-Kita Aiko
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 号: 1 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1038/s41467-023-43902-y

    • 関連する報告書
      2023 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] Behavioral photosensitivity of multi-color-blind medaka: enhanced response under ultraviolet light in the absence of short-wavelength-sensitive opsins2023

    • 著者名/発表者名
      Kiyono Mizoguchi, Mayu Sato, Rina Saito, Mayu Koshikuni, Mana Sakakibara, Ran Manabe, Yumi Harada, Tamaki Uchikawa, Satoshi Ansai, Yasuhiro Kamei, Kiyoshi Naruse, Shoji Fukamachi
    • 雑誌名

      BMC Neuroscience

      巻: 24 号: 1 ページ: 67-67

    • DOI

      10.1186/s12868-023-00835-y

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/nibb.ac.jp/bio-imaging/kamei-lab

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2023-04-18   更新日: 2024-12-25  

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