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タンパク質の高速揺らぎ運動と細胞内における安定性の一分子観測

公募研究

研究領域揺らぎが機能を決める生命分子の科学
研究課題/領域番号 23107702
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東北大学

研究代表者

高橋 聡  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30283641)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2012年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2011年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワードタンパク質 / ゆらぎ運動 / 一分子蛍光観察 / 細胞内安定性 / 折り畳み運動
研究実績の概要

本研究は、タンパク質の示す運動を一分子レベルで高速観察すること、さらに、細胞内でのタンパク質の一分子観察を可能にすることを目的として計画した。第一のタンパク質運動を高速測定する装置に関しては、二色の蛍光の同時観察が可能なラインフォーカス型の共焦点顕微鏡を開発し、一分子継続蛍光観察の時間分解能を数十マイクロ秒にまで短縮した。B domain of protein A(BdpA)と呼ばれるタンパク質について、変性過程の一分子観察を行った。その結果、変性状態においてさまざまな構造と運動性を持つ状態が存在することを見いだした。特に、装置の観察時間の5ms程度の間、大きく構造を変えない複数の状態の存在が示唆された。この成果を、Nature系のオンライン誌であるScientific Reportsに投稿し、現在リバイスの過程である。さらに、この装置を用いて、ユビキチンの変性過程についての高速一分子測定を行った。驚くことに、BdpAで観察された複数の構造状態がユビキチンの変性状態にも存在することを見いだした。また、マルトース結合タンパク質について、試料流路と試料との相互作用が、観測に影響を与えることを観察し、装置を使った観測のためには、流路内面の親水的なコーティングが重要であることを見いだした。そのため、流路内面をBSAなどを用いて親水コーティングする手法を開発した。以上のように、本年度の努力により、ラインフォーカス型高速一分子観察装置は、蛍光色素をラベル化した試料さえあれば誰でも簡単に一分子観察が可能な装置として、実用的な装置として完成させることができた。第二の細胞内のタンパク質の観察については、共焦点顕微鏡を開発し、ドナー蛍光とアクセプター蛍光の両方を観察しながら基板においた蛍光試料のイメージングを可能にした。この装置を用いることで、細胞のイメージングが可能になった。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (41件) (うち招待講演 5件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Hydration state change of horse heart cytochrome c corresponding to trifluoroacetic-acid-induced unfolding2013

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Miyashita, Tetsuichi Wazawa, George Mogami, Satoshi Takahashi, Yoshihiro Sambongi, and Makoto Suzuki
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 104 号: 1 ページ: 163-172

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2012.11.3825

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A new way to degrade heme: The Mycobacterium tuberculosis enzyme MhuD catalyzes heme degradation without generating CO2013

    • 著者名/発表者名
      S. Nambu, T. Matsui, C. W. Goulding, S. Takahashi, M. Ikeda-Saito
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 印刷中 号: 14 ページ: 10101-10109

    • DOI

      10.1074/jbc.m112.448399

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long-Term Observation of Fluorescence of Free SingleMolecules To Explore Protein-Folding Energy Landscapes2012

    • 著者名/発表者名
      Kamagata K, Kawaguchi T, Iwahashi Y, Baba A, Fujimoto K, Komatsuzaki T, Sambongi Y, Goto Y, Takahashi S
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 134 号: 28 ページ: 11525-11532

    • DOI

      10.1021/ja3020555

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Staring at a Protein : Ensemble and Single Molecule Investigations on Protein Folding Dynamics2012

    • 著者名/発表者名
      Takahashi, S., Kamagata, K.
    • 雑誌名

      Single-Molecule Biophysics : Experiment and Theory in Adv.Chem.Phys

      巻: 146 ページ: 3-22

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 新しいタンパク質化学の可能性~新時代を切り拓くマルチタレントDavid Baker~2011

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人、高橋聡
    • 雑誌名

      化学

      巻: 66 ページ: 68-69

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [雑誌論文] 一分子蛍光観察法を用いたタンパク質フォールディングの解明2011

    • 著者名/発表者名
      小井川浩之、鎌形清人、高橋聡
    • 雑誌名

      高分子

      巻: 60 ページ: 801-803

    • NAID

      10029795631

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 高速一分子蛍光追跡による柔らかなタンパク質の運動追跡2013

    • 著者名/発表者名
      高橋聡
    • 学会等名
      日本化学会第93回春季年会
    • 発表場所
      草津
    • 年月日
      2013-03-20
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Microsecond-Resolved tracking of the Unfolded State of BdpA by a Line Confocal Detection of Single Molecule Fluorescence2013

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      International Symposium on Protein Folding and Its Biological Significance
    • 発表場所
      岡崎
    • 年月日
      2013-03-04
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-molecule fluorescence and diffusion measurements of a GroEL-binding peptide2012

    • 著者名/発表者名
      Suguru Watanabe, Shion Ando, Kiyoto Kamagata, Tatsuya Nojima, Hideki Taguchi, Takahiro Hohsaka, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      第85回日本生物化学会大会
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2012-12-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Microsecond-resolved tracking of the unfolded state of BdpA by a line confocal detection of single molecule fluorescence#8232;2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Oikawa,Yuta Suzuki, Masataka Saito, Kiyoto Kamagata, Munehito Arai, Satoshi Takahashi#8232;
    • 学会等名
      新学術領域研究「揺らぎと生体機能」第6回公開シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2012-12-05
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] icrosecond-resolved tracking of the unfolded state of BdpA by a line confocal detection of single molecule fluorescence2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Oikawa, Yuta Suzuki, Masataka Saito, Kiyoto Kamagata, Munehito Arai, Satsohi
    • 学会等名
      Indo- Japan Workshop on 'Recent Advances in Spectroscopy and Microscopy: Fundamentals and Applications to Materials and Biology
    • 発表場所
      India,Hyderabad
    • 年月日
      2012-11-20
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Microsecond-Resolved Tracking of The Unfoled State of BdpA by a Line Confocal Detection of Single Molecule Fluorescence2012

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      Microsecond-Resolved Tracking of The Unfoled State of BdpA by a Line Confocal Detection of Single Molecule Fluorescence
    • 発表場所
      India,Bangalore
    • 年月日
      2012-10-15
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Construction of a microfluidic system for fluorescence-based single-molecule sorting2012

    • 著者名/発表者名
      Sho Saitoh, Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      第50回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-09-20
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Microsecond-resolved traces of protein folding by single-molecule FRET measurements2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Oikawa, Yuta Suzuki, Kiyoto Kamagata, Munehito Arai, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      第50回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-09-20
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Single-molecule structural analysis of tumor suppressor p53 using scanning probe microscopes#8232;2012

    • 著者名/発表者名
      Seiya Takahashi, Yasuyuki Sainoo, Risa kashima, Takashi Tokino, Tadahiro Komeda, Satoshi Takahashi, Kiyoto Kamagata
    • 学会等名
      第50回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-09-20
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ秒分解一分子蛍光検出による変性状態タンパク質の高速構造揺らぎ2012

    • 著者名/発表者名
      小井川浩之, 鎌形清人, 新井宗仁, 高橋聡
    • 学会等名
      新学術領域「揺らぎと生体機能」「水和とATP」合同公開シンポジウム「ゆらぎと水 - 生命のエネルギーと機能の分子機構を探る」
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2012-09-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 新規一分子FRET計測技術によるABCトランスポーターのATP加水分解機構の解析2012

    • 著者名/発表者名
      中野駿介, 七谷圭 , 魚住信之, 高橋聡, 鎌形清人
    • 学会等名
      新学術領域「揺らぎと生体機能」「水和とATP」合同公開シンポジウム「ゆらぎと水 - 生命のエネルギーと機能の分子機構を探る」
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2012-09-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 一分子蛍光観察によるタンパク質のエネルギー地形解析2012

    • 著者名/発表者名
      高橋聡,小井川浩之,鎌形清人
    • 学会等名
      第12回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-06-20
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ秒分解一分子FRET測定による蛋白質構造変化の追跡2012

    • 著者名/発表者名
      小井川浩之, 鎌形清人, 飯島一生, 芳坂貴弘, 高橋聡
    • 学会等名
      第12回日本蛋白質科学会年
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-06-20
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 高橋聡#8232;新規一分子蛍光観測法による蛋白質の折り畳みの自由エネルギー地形の探索2012

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人, 川口敏史, 馬場昭典, 三本木至宏, 小松崎民樹, 高橋聡
    • 学会等名
      第12回日本蛋白質科学会年
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-06-20
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 高速一分子FRET追跡によるタンパク質のフォールディングダイナミクス2012

    • 著者名/発表者名
      高橋聡
    • 学会等名
      最近の光源開発・計測法の進歩と分光学への応用
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Construction of a microfluidic system for fluorescence based single-molecule sorting#8232;2012

    • 著者名/発表者名
      Sho Saitoh, HIroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Satsohi Takahashi
    • 学会等名
      第12回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
    • 発表場所
      仙台
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] GroEL結合ペプチドの一分子蛍光拡散測定2012

    • 著者名/発表者名
      渡邉優, 安藤嗣音, 鎌形清人, 野島達也, 田口英樹, 芳坂貴弘, 高橋聡
    • 学会等名
      日本生物物理学会東北支部会2012
    • 発表場所
      仙台
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ秒分解一分子FRET測定によるタンパク質折り畳み運動の追跡2012

    • 著者名/発表者名
      小井川浩之
    • 学会等名
      日本生物物理学会東北支部会2012
    • 発表場所
      仙台
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 工タンパク質のデザインを目指した蛍光一分子ソーターの開発2012

    • 著者名/発表者名
      斉藤翔, 小井川浩之, 鎌形清人, 高橋聡#8232;
    • 学会等名
      日本生物物理学会東北支部会2012
    • 発表場所
      仙台
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Exploring The Energy Landscape of Denatured Protein Using Time-series Detection of Fluorescence of Free Single Molecules2012

    • 著者名/発表者名
      Kiyoto Kamagata, Toshifumi Kawaguchi, Akinori Baba, Yoshihiro Sambongi, Tamiki Komatsuzaki, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      International Symposium on Innovative Nanobiodevices ISIN 2012
    • 発表場所
      Nagoya
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Folding dynamics of cytochrome c551 studied by long time observation of fluorescence time series from single molecules2012

    • 著者名/発表者名
      Toshifumi Kawaguchi, Kiyoto Kamagata, Hiroyuki Oikawa, Yoshihiro Sambongi, Satsohi Takahashi
    • 学会等名
      日本化学会第92春季年会
    • 発表場所
      横浜
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 新規一分子FRET計測技術によるABCトランスポーターのATP加水分解機構の解析2012

    • 著者名/発表者名
      中野駿介, 七谷圭, 古田忠臣, 櫻井実, 魚住信之, 高橋聡, 鎌形清人
    • 学会等名
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」
    • 発表場所
      仙台
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 走査プローブ顕微鏡による癌抑制因子p53の一分子解析2012

    • 著者名/発表者名
      高橋聖弥, 道祖尾恭之, 鹿島理沙, 時野隆至, 米田忠弘, 高橋聡, 鎌形清人
    • 学会等名
      新学術領域研究「天然変性タンパク質の分子認識と機能発現」第2回公開シンポジウム
    • 発表場所
      大阪
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Single-molecule diffusion mesurement of a GroEL-binding peptide2012

    • 著者名/発表者名
      Suguru Watanabe, Shion Ando, Kiyoto Kamagata, Hideki Taguchi, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      新学術領域研究「揺らぎが機能を決める生命分子の科学」第5回公開シンポジウム
    • 発表場所
      奈良
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Single-molecule dynamics of MsbA, a member of ABC transporter2012

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Nakano, Kei Nanatani, Kiyoto kamagata, Nobuyuki Uozumi, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      新学術領域研究「揺らぎが機能を決める生命分子の科学」第5回公開シンポジウム
    • 発表場所
      奈良
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Microsecond-Resolved Time Traces of Protein Conformational Changes by Single-Molecule Fluorescence Detection2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Issei Iijima, Takahiro Hohsaka, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      新学術領域研究「揺らぎが機能を決める生命分子の科学」第5回公開シンポジウム
    • 発表場所
      奈良
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ秒分解一分子蛍光検出による蛋白質構造変化の追跡2011

    • 著者名/発表者名
      小井川浩之、鎌形清人、飯島一生、芳坂貴弘、高橋聡
    • 学会等名
      第11回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-12-08
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 大腸菌トランスポーターMsbAの一分子計測2011

    • 著者名/発表者名
      中野駿介、七谷圭、鎌形清人、魚住信之、高橋聡
    • 学会等名
      第37回日本生体エネルギー研究会シンポジウム生体エネルギー論の再発見
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 新規一分子蛍光観測法による蛋白質の折り畳みのエネルギー地形の解明2011

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人、馬場昭典、小松崎民樹、高橋聡
    • 学会等名
      CREST「生命現象の解明と応用に資する新しい計測・分析基盤技術」研究領域シンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] タンパク質フォールディングと一分子時系列解析2011

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人、高橋聡
    • 学会等名
      蛋白研セミナー「タンパク質科学の未来を語る~実験・理論研究者の対話~」
    • 発表場所
      大阪
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Imaging and tracking of single BLG molecules in solution2011

    • 著者名/発表者名
      Sion Ando, Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Kazumasa Sakurai, Yuji Goto, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      姫路
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Microsecond-resolved time traces of protein conformational change by single-molecule fluorescence detection2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Issei Iijima, Takahiro Hohsaka, Yoshihiro Sambongi, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      姫路
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Additives inhibiting the bleaching of fluorophores for the oong-time fluorescence observation of single proteins2011

    • 著者名/発表者名
      Hironao Itabashi, Eriko Mano, Hiroyuki Oikawa, Yasuyuki Araki, Kiyoto Kamagata, Takehiko Wada, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      姫路
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Energy landscape of denatured protein revealed by a new singe-molecule fluorescence method2011

    • 著者名/発表者名
      Kiyoto Kamagata, Toshifumi Kawaguchi, Akinori Baba, Yoshihiro Sambongi, Tamiki Komatsuzaki, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      姫路
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Submillisecond dynamics of protein folding and ligand binding detected by the line conforcal microscopy2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Issei Iijima, Takahiro Hosaka, Yoshihiro Sambongi, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      姫路
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Imaging and tracking of single BLG molecules in solution2011

    • 著者名/発表者名
      Shion Ando, Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Kazumasa Sakurai, Yuji Goto, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      グローバルCOEサマースクールシンポジウム(iremc分子系高次構造体化学国際教育研究拠点)
    • 発表場所
      仙台
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Single-Molecule Dynamics of MsbA, a member of ABC transporter2011

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Nakano, Kei Nanatani, Kiyorto Kamagata, Nobuyuki Uozumi, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      グローバルCOEサマースクールシンポジウム(iremc分子系高次構造体化学国際教育研究拠点)
    • 発表場所
      仙台
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ秒分解一分子蛍光検出による蛋白質構造変化の追跡2011

    • 著者名/発表者名
      小井川浩之、鎌形清人、飯島一生、芳坂貴弘、高橋聡
    • 学会等名
      第38回生体分子科学討論会
    • 発表場所
      筑波
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 新規一分子蛍光観測法による蛋白質の自由エネルギー地形の解析2011

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人、川口敏史、馬場昭典、三本木至宏、小松崎民樹、高橋聡
    • 学会等名
      第11回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      大阪
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ秒分解一分子蛍光検出による蛋白質構造変化の追跡2011

    • 著者名/発表者名
      小井川浩之、鎌形清人、飯島一生、芳坂貴弘、高橋聡
    • 学会等名
      第11回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      大阪
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Single molecule and ensemble investigations of protein folding dynamics in the time domain from 30μs to seconds2011

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      The 16th Biophysics Conference
    • 発表場所
      台湾(招待講演)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [図書] Protein Folding and Misfolding Shining Light by Infrared Spectroscopy, Watching Dynamical Events in Protein Folding in the Time Domain from Submilliseconds to Second : Continuous-Flow Rapid-Mixing Infrared Spectroscopy2011

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Takahashi, Tetsunari Kimura
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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