| 研究領域 | 情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05522
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
金城 政孝 北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (70177971)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | 蛍光測定 / 細胞内情報伝達 / 拡散運動 / 1分子蛍光強度 / 蛍光相関分光法 / 2量体化 / N & B / 並進拡散 / 回転拡散 / 解離定数 / タンパク質相互作用 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
2量体化して活性化するタンパク質は細胞内シグナル伝達系に多く存在し，生物における普遍的な現象と言える。しかし，２量体化形成は細胞内の拡散運動性低下と，活性化の指標としてはそれぞれ相反する状態を示している。
本研究対象のシグナルタンパク質は細胞内に存在し細胞質から核内へ移動するが，アクティブな輸送系が無く，拡散現象で細胞質から核へ移行するため，拡散測定が必須である。その上で，単量体と2量体複合体を区別し，且つ，その量比と，その拡散速度を細胞内の細胞質や核などの局所を区別して明らかにする。その詳細な解析のために偏光蛍光相関分光法（Pol-FCS）や分子数・輝度分布解析法（N＆B）をもちいる。
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| 研究実績の概要 |
細胞内シグナル伝達系には2量体化して活性化するタンパク質が多く存在するが分子量が増加することで拡散運動性低下し，核膜孔を通過するにも不利となる。このような一見矛盾する事象の中に，シグナル伝達経路における生命現象の特性があると申請者は捉えた。
その解明のためには生細胞内でのタンパク質の拡散運動を捉えるためには細胞内分子クラウディング効果の影響を考慮しつつ拡散状態の解析を行う必要がある。
まずそのために、分子クラウディング効果の影響を比較するために溶媒中（PBSや純水）の並進ならびに回転拡散時間で各種クラウダ―材料内での拡散時間を割った値である相対並進拡散時間（TD）と相対回転拡散時間（TR）が利用できるか検討した。その結果，均一なショ糖溶液中などでは溶質の濃度に関係なくそれぞれの比，R=TR/TDは１に近い値を取ることが示された。一方，PEG6000やFicol, BSAなどの種々の高分子溶液中では回転拡散よりも並進拡散の方が阻害されることから、溶質の濃度に依存してRは1よりも小さくなる結果となり、種々のクラウダ―の種類により特徴的な値があることが分かった。
またタンパク質2量体の定量的2次元イメージング法の確立を目指した。今年度はパラメーター推定について経験ベイズ法Empirical Bayes Method; EBと事後最大確率Maximum a Posteriori; MAP並びに推定を採用したEB MAP N&Bについて検討した。これまでの N&BではまれにParticle NumberとParticle Brightnessの推定値はそれぞれ無限大と0になってしまう。経験ベイズ法を用いて画像の空間情報を活用する手法の開発を行った。その結果、本手法の統計モデルでは、隣り合うピクセル同士のパラメーターは似通った値になると仮定することで可能となった。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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