| 研究領域 | 新興硫黄生物学が拓く生命原理変革 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H05261
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
中林 孝和 東北大学, 薬学研究科, 教授 (30311195)
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| 研究期間 (年度) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| キーワード | 超硫黄分子 / 非線形ラマン / ラマン顕微鏡 / タンパク質 / 密度汎関数法 / SOD1 / 酸化作用 / 機械学習 |
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| 研究実績の概要 |
(1) CARS (Coherent anti-Stokes Raman Scattering) 顕微鏡システムの立ち上げを引き続き行い、高信号雑音比の生細胞のラマンスペクトルを得ることができた。ピエゾステージを導入し、C-H伸縮振動バンド強度などを画像化した細胞イメージング測定も行うことができている。ラマン解析手法の整備も行い、多変量解析を用いた細胞内成分の分離、機械学習を用いた細胞状態解析などのプログラムの蓄積も行っている。細胞外の水のラマンバンドを強度標準とすることで単一細胞内の構成成分の定量が行えることを提案し、現有の共焦点ラマン顕微鏡を用いて単一生細胞内の核酸のその場定量化にも成功した。次年度では遅延光学系などに改良を加え、低波数測定領域の拡張、S8などのカテネーションされた硫黄分子の観測・定量を目指す。(2) 超硫黄化された様々なタンパク質および超硫黄化合物のモデル分子の合成・ラマンスペクトルの測定を行い、超硫黄化に伴うS-S伸縮振動バンドの変化について検討した。ジスルフィドからトリ、テトラなど超硫黄化するに従い低波数側にシフトし、S-S伸縮振動バンドの低波数シフトから、ラマン顕微鏡を用いた超硫黄化のラベルフリー検出を提案した。(3) ALS関連タンパク質であるSOD1について、S-S結合の解離・伸長に伴うSOD1の機能変化を検討した。解離によって酸化作用が増加するのに対し、S-S結合が伸長し超硫黄化することでSOD1の抗酸化作用が増加することがわかった。SOD1の機能がシステイン間の結合によって制御できることがわかる。
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| 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
非線形ラマン散乱であるCARS顕微鏡を作成し、高信号雑音比の細胞のラマンスペクトルを得ることができた。また、水のラマンバンドを強度標準とすることで単一細胞内にある分子のその場定量法の開発にも成功している。ラマン顕微鏡を用いた超硫黄化構造のラベルフリー検出も提案している。
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| 今後の研究の推進方策 |
製作したCARS顕微鏡を用いた細胞内の超硫黄構造の検出を目指す。昨年度できなかった350 cm-1までの低波数測定ができるように改良を加え、硫黄原子カテネーションされた硫黄分子の細胞内観測を目指す。表面増強ラマン散乱（SERS)との組み合わせも引き続き検討する。さらに顕微蛍光寿命測定システムの整備を行い、ラマン顕微鏡と組み合わせた細胞状態計測のマルチモーダル化を行う。密度汎関数法を用いた超硫黄分子構造の理論解析については、様々なモデル化合物の実測のラマンスペクトルと計算の比較を行い、ラマンスペクトルを用いた超硫黄構造検出の可能性を探る。
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