コヒーレントX線回折顕微鏡法による真核細胞のナノメートル分解能空間階層構造解析

• 研究課題/領域番号: 25891033
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 細胞生物学
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 高山 裕貴 独立行政法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 基礎科学特別研究員 (40710132)
• 研究期間 (年度): 2013-08-30 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: X線回折イメージング / 凍結水和試料 / 細胞・オルガネラ / 構造解析 / X線自由電子レーザー

研究成果の概要

生命現象の物理化学的理解には、機能状態の細胞や細胞内小器官「丸ごと」の内部を高い分解能で可視化する必要がある。本研究ではX線自由電子レーザーを利用した低温コヒーレントX線回折顕微鏡法のための試料作製および測定法に関する技術開発を行い、従来法では困難だった大きさ1 μmの葉緑体「丸ごと」を分解能約70 nmで可視化することに成功した。より高分解能でのイメージング実現のため、コヒーレントX線回折シグナルを増強する新たな測定・解析法を開発し、計算機実験により実証した。

研究成果

• [雑誌論文] Coherent X-ray diffraction imaging of chloroplasts from Cyanidioschyzon merolae by using X-ray free electron laser. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayama, Y., Inui, Y., Sekiguchi, Y., Kobayashi, A., Oroguchi, T., Yamamoto, M., Matsunaga, S., and Nakasako, M.
  • 雑誌名: PLANT AND CELL PHYSIOLOGY 巻: 未定 号: 7 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Signal-enhancement and Patterson-search phasing for high-spatial-resolution coherent X-ray diffraction imaging of biological objects (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Takayama, S. Maki-Yonekura, T. Oroguchi, M. Nakasako and K. Yonekura
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 5 号: 1 ページ: 8074-8074
  • DOI: 10.1038/srep08074
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dark-field phase retrieval under the constraint of the Friedel symmetry in coherent X-ray diffraction imaging (2014)
  • 著者名/発表者名: 2.Kobayashi, A., Y. Sekiguchi, Y. Takayama, T. Oroguchi and M. Nakasako
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 22 号: 23 ページ: 27892-27909
  • DOI: 10.1364/oe.22.027892
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] IDATEN and G-SITENNO: GUI-assisted software for coherent X-ray diffraction imaging experiments and data analyses at SACLA (2014)
  • 著者名/発表者名: 3.Sekiguchi, Y., M. Yamamoto, T. Oroguchi, Y. Takayama, S. Suzuki, and M. Nakasako
  • 雑誌名: J. Synchrotron Radiation 巻: 21 号: 6 ページ: 1378-1383
  • DOI: 10.1107/s1600577514017111
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single shot three-dimensional imaging of high-index-faceted nanocrystals with femtosecond X-ray free electron laser pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Xu, H. Jiang, C. Song, Z. Huang, J. A. Rodriguez, C-C. Chen, D. Nam, J. Park, M. Gallagher-Jones, S. Kim, S. Kim, A. Suzuki, Y. Takayama, T. Oroguchi, Y. Takahashi, J. Fan, Y. Zou, T. Hatsui, Y. Inubushi, T. Kameshima, K. Yonekura et al.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 5 号: 1 ページ: 4061-4061
  • DOI: 10.1038/ncomms5061
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Data processing software suite SITENNO for coherent X-ray diffraction imaging using X-ray free electron laser SACLA (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Sekiguchi, T. Oroguchi, Y. Takayama and M. Nakasako
  • 雑誌名: Journal of Synchrotron Radiatio 巻: 21 号: 3 ページ: 600-612
  • DOI: 10.1107/s1600577514003439
  • 査読あり
• [雑誌論文] X線自由電子レーザーを用いた非結晶粒子のコヒーレントX線回折イメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由、苙口友隆、関口優希、小林周、橋本早紀、白濱圭也、山本雅貴、高山裕貴、米倉功治、眞木さおり、引間孝明、高橋幸生、鈴木明大、松永幸大、乾弥生、登野健介、亀島敬、城地保昌、犬伏雄一、星貴彦
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 56 号: 1 ページ: 27-35
  • DOI: 10.5940/jcrsj.56.27
  • NAID: 130003395580
  • ISSN: 0369-4585, 1884-5576
  • 査読あり
• [雑誌論文] KOTOBUKI-1 apparatus for cryogenic coherent X-ray diffraction imaging (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Nakasako, Y. Takayama, T. Oroguchi, Y. Sekiguchi, A. Kobayashi, K. Shirahama, M. Yamamoto*, T. Hikima, K. Yonekura, S. Maki-Yonekura, Y. Kohmura, Y. Inubushi, Y. Takahashi*, A. Suzuki, S. Matsunaga, Y. Inui, K. Tono, T. Kameshima, Y. Joti, and T. Hoshi
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 84 号: 12 ページ: 93705-16
  • DOI: 10.1021/nl403247x
  • 査読あり
• [学会発表] X線自由電子レーザーを利用した低温コヒーレントX線回折イメージング法による葉緑体内部構造の可視化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高山裕貴、乾弥生、関口優希、小林周、苙口友隆、山本雅貴、米倉功治、松永幸大、中迫雅由
  • 学会等名: 分子システム研究 第4回春季研究会
  • 発表場所: 静岡県伊東市、ラフォーレ倶楽部伊東温泉湯の庭
  • 年月日: 2015-05-15
• [学会発表] Cryogenic coherent X-ray diffraction imaging of organelles at SACLA (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Takayama, Koji Yonekura, Masaki Yamamoto, Amane Kobayashi, Yuki Sekiguchi, Tomotaka Oroguchi, Masayoshi Nakasako, Yayoi Inui, Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: The 1st SACLA Workshop on Femtosecond Crystallography
  • 発表場所: Harima, Hyogo, Japan
  • 年月日: 2015-03-26
• [学会発表] Coherent X-ray diffraction imaging of chloroplasts from Cyanidioschyzon merolae by using X-ray free electron laser (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sekiguchi, Amane Kobayashi, Tomotaka Oroguchi, Masayoshi Nakasako, Inui Yayoi, Sachihiro Matsunaga, Yuki Takayama and Masaki Yamamoto
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Plant Environmental Sensing
  • 発表場所: Odaiba, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2015-03-14
• [学会発表] Patterson解析法を利用したサブミクロン粒子集団のコヒーレントX線回折イメージング (2015)
  • 著者名/発表者名: 高山裕貴、眞木さおり、苙口友隆、中迫雅由、米倉功治
  • 学会等名: 第28回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 滋賀県草津市、立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 2015-01-12
• [学会発表] XFEL低温コヒーレントX線回折イメージングによるアミロイド繊維凝集体の構造研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 真崎悠、小林周、関口優希、苙口友隆、中迫雅由、山口圭一、桑田一夫、亀田啓、福井直也、河田康志、高山裕貴、山本雅貴
  • 学会等名: 第28回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 滋賀県草津市、立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 2015-01-12
• [学会発表] XFEL低温コヒーレントX線回折イメージングによる細胞内小器官の構造研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 関口優希、小林周、苙口友隆、中迫雅由、乾弥生、松永幸大、市川雄一、胡桃坂仁志、清水光弘、高山裕貴、山本雅貴
  • 学会等名: 第28回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 滋賀県草津市、立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 2015-01-11
• [学会発表] Signal enhancement and Patterson-search phasing for high-spatial-resolution coherent X-ray diffraction imaging of biological objects (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Takayama, Saori Maki-Yonekura, Tomotaka Oroguchi, Masayoshi Nakasako, Koji Yonekura
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 北海道札幌市、札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-27
• [学会発表] Dark-field phase-retrieval method under the constraint of Friedel’s symmetry for structure analyses in coherent X-ray diffraction imaging (2014)
  • 著者名/発表者名: Amane Kobayashi, Yuki Sekiguchi, Yuki Takayama, Tomotaka Oroguchi, Masayoshi Nakasako
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 北海道札幌市、札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-27
• [学会発表] Cryogenic coherent X-ray diffraction imaging of cellular organelle particles (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sekiguchi, Amane Kobayashi, Saki Hashimoto, Tomotaka Oroguchi, Masayoshi Nakasako, Yuki Takayama, Koji Yonekura, Masaki Yamamoto, Yayoi Inui, Sachihiro Matsunaga, Yuichi Ichikawa, Hitoshi Kurumizaka, Mitsuhiro Shimizu
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 北海道札幌市、札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-26
• [学会発表] SPring-8・SACLAでの非結晶生体粒子低温コヒーレントX線回折イメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 高山裕貴
  • 学会等名: 放射光学会第6回若手研究会 コヒーレントX線が拓く構造可視化の新しい世界
  • 発表場所: 兵庫県播磨、SPring-8キャンパス
  • 年月日: 2014-08-23
  • 招待講演
• [学会発表] Cryogenic coherent X-ray diffraction imaging of biological particles at SACLA (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Takayama, Masayoshi Nakasako, Tomotaka Oroguchi, Yuki Sekiguchi, Masaki Yamamoto, Koji Yonekura, Yukio Takahashi, Akihiro Suzuki, Sachihiro Matsunaga and Yayoi Tsujimoto-Inui
  • 学会等名: 23rd Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Montreal, Quebec, Canada
  • 年月日: 2014-08-07
• [学会発表] 生体粒子の高分解能コヒーレントX線回折イメージングに向けた金属粒子による回折シグナル増幅及び位相決定法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高山裕貴、眞木さおり、苙口友隆、中迫雅由、米倉功治
  • 学会等名: 「分子システム研究」第3回春季研究会
  • 発表場所: 滋賀県彦根市、かんぽの宿彦根
  • 年月日: 2014-04-25
• [学会発表] 金属粒子混合による回折シグナル増強及びPatterson解析を用いた生体粒子高分解能コヒーレントX線回折イメージング
  • 著者名/発表者名: 高山裕貴、眞木さおり、苙口友隆、中迫雅由、米倉功治
  • 学会等名: X線自由電子レーザー重点課題「SACLAにおける低温X線回折イメージング実験の展開と標準化」 コヒーレントＸ線回折イメージングにおけるデータ収集と構造解析の現状と将来
  • 発表場所: 慶應義塾大学矢上キャンパス、横浜
• [学会発表] クライオ試料照射装置”壽壱号”を用いたSACLA でのコヒーレントＸ線回折イメージング実験の現状
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由、苙口友隆、関口優希、小林周、橋本早紀、山本雅貴、引間孝明、米倉功治、高山裕貴、眞木さおり、高橋幸生、鈴木明大、松永幸大、乾弥生、胡桃坂仁志、市川雄一、星 貴彦
  • 学会等名: 第27回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 広島国際会議場、広島
• [学会発表] 生体粒子のコヒーレントX 線回折イメージングにおける金コロイド粒子を利用した回折シグナル増幅及び位相決定法の開発
  • 著者名/発表者名: 高山裕貴、眞木さおり、苙口友隆、中迫雅由、米倉功治
  • 学会等名: 第27回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 広島国際会議場、広島
• [学会発表] SACLAの高空間コヒーレンスX線ビームを用いた細胞イメージング
  • 著者名/発表者名: 乾弥生、松永幸大、加藤翔一、高山裕貴、苙口友隆、関口優希、小林周、橋本早紀、米倉功治、山本雅貴、中迫雅由
  • 学会等名: 東京理科大学総合研究機構イメージングフロンティア研究部門・第3回シンポジウム
  • 発表場所: 東京理科大学野田キャンパス、野田
• [備考] 生体試料の高分解能・高信頼度イメージング法を開発 -従来の測定条件で分解能が2倍以上向上-
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2015/150129/