補償光学を応用した局所遺伝子発現顕微鏡の高度化

• 研究課題/領域番号: 26282128
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生体医工学・生体材料学
• 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, 生物機能解析センター, 特任准教授 (70372563)
• 連携研究者: 玉田 洋介 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 助教 (50579290) ; 服部 雅之 基礎生物学研究所, 生物機能解析センター, 研究員 (20308208) ; 早野 裕 国立天文台, 先端技術センター, 准教授 (80390623) ; 大屋 真 国立天文台, TMT推進室, 特任准教授 (80399287)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円); 2016年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2015年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2014年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
• キーワード: 顕微鏡 / 赤外レーザー / 熱ショック / 補償光学 / 遺伝子発現 / 遺伝子機能解析 / 個体 / 温度 / 温度計測 / 光操作 / レーザー / in vivo / 蛍光タンパク質 / 細胞内温度計測 / IR-LEGO / 波面センサー

研究成果の概要

従来の生物学顕微鏡技術開発のコンセプトは、均一な媒質でできた理想的な検体を高解像度で撮影する方向で進められてきた。生物学研究では、生きたままの内部観察が重要になっているが、生体内に存在する屈折率の異なる物質による光の擾乱による深部像の劣化を回避できない。本研究課題では、非理想的な媒質が存在する生きた試料の観察が可能になる「補償光学」系を顕微鏡に導入し、観察と光による細胞操作法の高度化を目指した。近年オプトジェネティクスと呼ばれる光による細胞操作技術が発展しているが、それとは異なる熱ショック応答を利用した光による遺伝子発現顕微鏡技術（IR-LEGO法）に対しても補償光学を適用して高度化を進めた。

研究成果

• [国際共同研究] National Taiwan University(Taiwan)
• [雑誌論文] Genetically encoded ratiometric fluorescent thermometer with wide range and rapid response (2017)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nakano, Yoshiyuki Arai, Ippei Kotera, Kohki Okabe, Yasuhiro Kamei, Takeharu Nagai
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: - 号: 2 ページ: e0172344-e0172344
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0172344
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 光を使って生体内の単一細胞に遺伝子発現を誘導する技術とその共同利用による応用研究の紹介 (2017)
  • 著者名/発表者名: 亀井保博
  • 雑誌名: 月刊海洋 巻: 557 ページ: 208-213
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 光を使った生物研究技術（IR-LEGO法）とその応用例 (2017)
  • 著者名/発表者名: 亀井保博
  • 雑誌名: 日本プランクトン学会報 巻: 64 ページ: 77-80
  • NAID: 130007608027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protanopia (red color-blindness) in medaka: a simple system for producing color-blind fish and testing their spectral sensitivity (2016)
  • 著者名/発表者名: Noriko Homma, Yumi Harada, Tamaki Uchikawa, Yasuhiro Kamei, Shoji Fukamachi
  • 雑誌名: BMC Genetics 巻: 18 号: 1 ページ: 10-10
  • DOI: 10.1186/s12863-017-0477-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Subtypes of hypoxia-responsive cells differentiate into neurons in spinal cord of zebrafish embryos after hypoxic stress (2016)
  • 著者名/発表者名: Chih-Wei Zeng, Yasuhiro Kamei, Chih-Tien Wang, Huai-Jen Tsai
  • 雑誌名: Biol. Cell 巻: 108 号: 12 ページ: 357-377
  • DOI: 10.1111/boc.201600015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Grana-localized proteins, RIQ1 and RIQ2, affect the organization of light-harvesting vomplex II and grana stacking in Arabidopsis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryo Yokoyama, Hiroshi Yamamotoa, Maki Kondo, Satomi Takeda, Kentaro Ifuku, Yoichiro Fukao, Yasuhiro Kamei, Mikio Nishimura,Toshiharu Shikanai
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 28 号: 9 ページ: 2261-2275
  • DOI: 10.1105/tpc.16.00296
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization of assortative mating in medaka: Mate discrimination cues and factors that bias sexual preference (2016)
  • 著者名/発表者名: Umi Utagawa, Shoichi Higashi, Yasuhiro Kamei, Shoji Fukamachi
  • 雑誌名: Hormones and Behavior 巻: 84 ページ: 9-17
  • DOI: 10.1016/j.yhbeh.2016.05.022
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mate-guarding behavior enhances male reproductive success via familiarization with mating partners in medaka fish. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yokoi S, Ansai S, Kinoshita M, Naruse K, Kamei Y, Young LJ, Okuyama T, Takeuchi H.
  • 雑誌名: Frontiers in Zoology 巻: 13 号: 1 ページ: 21-21
  • DOI: 10.1186/s12983-016-0152-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Conditional Gene Expression/Deletion Systems for Marchantia polymorpha using its own Heat-shock Promoter and Cre/loxP-Mediated Site-Specific Recombination (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryuichi Nishihama, Sakiko Ishida, Hiroko Urawa, Yasuhiro Kamei, and Takayuki Kohchi
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 57(2) 号: 2 ページ: 271-280
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv102
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Application of local gene induction by infrared laser-mediated microscope and temperature stimulator to amphibian regeneration study. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kawasumi, A., Hayashi, T., Kobayashi, T., Nagayama, C., Hayashi, S., Kamei, Y., Morishita, Y., T Takeuchi, T., Tamura, K., Yokoyama, H.
  • 雑誌名: Dev. Growth Differ. 巻: 57 号: 9 ページ: 601-613
  • DOI: 10.1111/dgd.12241
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] IR-LEGO技術の紹介とその利用方法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 斎田（谷口）美佐子、亀井保博
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 53 号: 9 ページ: 580-585
  • DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.53.580
  • NAID: 130005405064
  • ISSN: 0453-073X, 1883-6852
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optical property analyses of plant cells for adaptive optics microscopy. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada, Takashi Murata, Masayuki Hattori, Shin Oya, Yutaka Hayano, Yasuhiro Kamei, Mitsuyasu Hasebe
  • 雑誌名: International Journal of Optomechatronics 巻: 8 号: 2 ページ: 89-99
  • DOI: 10.1080/15599612.2014.901455
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcriptional regulators in the Hippo signaling pathway control organ growth in Xenopus tadpole tail regeneration (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Hayashi, H. Ochi, H. Ogino, A. Kawasumi, Y. Kamei, K. Tamura and H. Yokoyama
  • 雑誌名: Dev Biol 巻: 396 号: 1 ページ: 31-41
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2014.09.018
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 赤外レーザー局所加熱による生体内単一細胞遺伝子発現誘導とその他応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 亀井保博
  • 学会等名: 「分子観察による生命の階層横断的な理解」
  • 発表場所: 分子科学研究所（愛知県岡崎市）
  • 年月日: 2017-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] 赤外レーザー局所加熱法と生物学技術との融合による顕微鏡技術の応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 亀井保博
  • 学会等名: 第11回NIBBバイオイメージングフォーラム
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • 年月日: 2017-02-14
  • 招待講演
• [学会発表] 赤外レーザー顕微鏡による生体内・細胞局所加熱技術と応用と展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 亀井保博
  • 学会等名: 第1回Biothermology Workshop - 生命システムの熱科学 -
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • 年月日: 2016-12-10
  • 招待講演
• [学会発表] 生体内の単一細胞に遺伝子発現誘導する顕微鏡技術のメダカへの応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 亀井保博
  • 学会等名: 環境毒性化学とメダカに関する研究会 around 九州 日本環境化学会九州地区部会
  • 発表場所: 熊本大学（熊本県熊本市）
  • 年月日: 2016-09-17
  • 招待講演
• [学会発表] 光を使って生体内の単一細胞に遺伝子発現を誘導する技術とその共同利用による応用研究の紹介 (2016)
  • 著者名/発表者名: 亀井保博
  • 学会等名: 海洋生物の適応戦略：新規技術・現象からの新展開
  • 発表場所: 東京大学大気海洋研究所（千葉県柏市）
  • 年月日: 2016-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] 光を使って生体内の単一細胞に遺伝子発現を誘導する技術とその共同利用による応用研究の紹介 (2016)
  • 著者名/発表者名: 亀井保博
  • 学会等名: 第２回ユニークな少数派実験動物を扱う若手が最先端アプローチを勉強する会
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • 年月日: 2016-08-22
  • 招待講演
• [学会発表] 光を使った生物研究技術の紹介と共同利用制度の紹介 (2016)
  • 著者名/発表者名: 亀井保博
  • 学会等名: 日本プランクトン学会（春季シンポジウム）
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-03-14
  • 招待講演
• [学会発表] 光を使って生体内の１細胞にて遺伝子発現誘導する技術 (2016)
  • 著者名/発表者名: 亀井保博
  • 学会等名: 静岡ライフサイエンスシンポジウム（光が拓く新たな生命科学の世界）
  • 発表場所: 静岡大学（静岡県静岡市）
  • 年月日: 2016-03-05
  • 招待講演
• [学会発表] 生体内の1細胞の遺伝子発現を顕微鏡で操作する (2015)
  • 著者名/発表者名: 亀井保博
  • 学会等名: 宇都宮大学オプトバイオシンポジウム
  • 発表場所: 宇都宮大学（栃木県宇都宮市）
  • 年月日: 2015-12-21
  • 招待講演
• [学会発表] 局所遺伝子発現技術（IR-LEGO）の原理と応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川住愛子、亀井保博
  • 学会等名: 次世代両生類研究会
  • 発表場所: 岡崎カンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • 年月日: 2015-08-24
  • 招待講演
• [学会発表] 局所遺伝子発現法（IR-LEGO）の様々な生物種への応用（基生研共同利用研究例の紹介） (2014)
  • 著者名/発表者名: 亀井保博
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 神奈川県横浜市
  • 年月日: 2014-11-27
• [学会発表] Establishment of adaptive optics microscopy for the single-nucleus live imaging of chromatin modifications in the moss Physcomitrella patens (2014)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada, Masayuki Hattori, Takashi Murata, Yutaka Hayano, Shin Oya, Shigenori Nonaka, Yasuhiro Kamei, Mitsuyasu Hasebe.
  • 学会等名: MOSS2014: The 17t annual moss international conference
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2014-09-25
• [学会発表] 赤外線による局所遺伝子発 現法（IRLEGO）の様々な 生物種への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 亀井 保博，横山 仁， 川住 愛子，森下 喜弘， 林 利憲，木村 英二， 島田 敦子，竹内 秀明
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 東北大学 宮城県仙台市
  • 年月日: 2014-09-11
• [学会発表] すばる望遠鏡レーザーガイド星補償光学と生体イメージングへの応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 早野 裕、玉田 洋介、服部 雅之、村田 隆、大屋 真、亀井 保博、長谷部 光泰
  • 学会等名: 日本バイオイメージング学会
  • 発表場所: 大阪大学 大阪府吹田市
  • 年月日: 2014-09-06
• [学会発表] 赤外レーザによる生体内局所遺伝子発現法（IR-LEGO） (2014)
  • 著者名/発表者名: 亀井保博
  • 学会等名: レーザー加工学会
  • 発表場所: 大阪大学 大阪府吹田市
  • 年月日: 2014-05-27
  • 招待講演
• [備考] 基礎生物学研究所光学解析室HP（施設・研究室）
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/lspectro/