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2013 年度 実績報告書

細胞内分子数を定数解析するデバイスの開発-少数生体分子の計数化技術-

計画研究

研究領域少数性生物学―個と多数の狭間が織りなす生命現象の探求―
研究課題/領域番号 23115002
研究機関東京大学

研究代表者

野地 博行  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00343111)

研究分担者 渡邉 朋信  独立行政法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 研究員 (00375205)
市村 垂生  独立行政法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 研究員 (50600748)
研究期間 (年度) 2011-07-25 – 2016-03-31
キーワードデジタル計測 / 超解像顕微鏡
研究概要

本計画研究は、1分子デジタルELISA法を利用した1細胞タンパク質計数法、超解像顕微鏡と2改変型蛍光タンパク質に基づいた1細胞タンパク質計数法、の2つの技術課題を中心に取り組む。
1細胞単位のデジタルELISA法:昨年度はヒトU937細胞を用い、1細胞中のbeta-galactosidase数のカウンティングを実施し、1細胞当たり30万個のオーダーであることが分かった。また、これまでの研究から予測された、タンパク質数の各細胞間のばらつきよりも今回の実験では小さいことが分かった。また、今後の実験では大量のマイクロデバイスを消費することが予想されたため、96穴プレートをベースとしたドロップレットアレイデバイスを作成し、その検証を行った。
高速超解像蛍光顕微鏡の開発:昨年度は分子を異なる複数の蛍光波長を持つ量子ドットで標識して波長軸上で分離・識別しながら観察する技術を開発した。具体的には、発光波長の異なる蛍光量子ドット7個が、回折限界内に存在していても、分離観察できることを確かめている。

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

当初計画では、25年度中に1細胞内のタンパク計数法の開発を完了し、1細胞デジタルエライザの開発の開始と1細胞計測のハイスループット化に取り組む予定であった。この計画に対し、この通りに進行している。また、超解像顕微鏡の開発に関しても、当初の予定道理に開発を進行している。

今後の研究の推進方策

26年度は1細胞計測のハイスループット化を中心に進める。先ほど述べた96穴プレートベースのアッセイを確立し、実験のスループットを向上させる。また、このアッセイが確立すれば、ロボットを活用したアッセイの自動化も視野に入れることができる。その為、ロボットを用いた全自動アッセイシステムの開発にも着手する。さらに、顕微鏡画像取得からデーター解析までを行うソフトウエアの開発にも取り組む。また、超解像顕微鏡の開発においては、昨年度開発した波長分離超解像イメージング法の空間情報は1次元に制限されていた。1次元の場合、ミオシンやキネシンに代表される並進モータータンパク質の協同的動態の観察に適している。本年度は、波長分離超解像法で2次元画像を取得する技術を確立する。さらに、ナノロッドの異方性散乱を利用した超高速1分子計測手法を用いて、実際の分子機械の構造ダイナミクスを計測する。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2013 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 9件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Catalysis-enhancement via rotary fluctuation of F1-ATPase2013

    • 著者名/発表者名
      Watanabe R, Hayashi K, Ueno H and Noji H
    • 雑誌名

      Biophys. J

      巻: 105 ページ: 2385-2391

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2013.09.050

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Glucose-stimulated single pancreatic islets sustain increased cytosolic ATP levels during initial Ca2+ influx and subsequent Ca2+ oscillations2013

    • 著者名/発表者名
      Tanaka T, Nagashima K, Inagaki N, Kioka H, Takashima S, Fukuoka H, Noji H, Kakizuka A and Imamura H
    • 雑誌名

      J Biol Chem

      巻: 289 ページ: 2205-2216

    • DOI

      10.1074/jbc.M113.499111

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantifying genetically inserted fluorescent protein in single iPS cells to monitor Nanog expression using electroactive microchamber arrays2013

    • 著者名/発表者名
      Kim SH, He X, Kaneda S, Kawada J, Fourmy D, Noji H and Fujii T
    • 雑誌名

      Lab on a Chip

      巻: 14 ページ: 730-736

    • DOI

      10.1039/c3lc51086g

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of intra-mitochondrial ATP levels identifies G0/G1 switch gene 2 as a positive regulator of oxidative phosphorylation2013

    • 著者名/発表者名
      Kioka H, Kato H, Fujikawa M, Tsukamoto O, Suzuki T, Imamura H, Nakano A, Higo S, Yamazaki S, Matsuzaki T, Tkafuji K, Asanuma H, Asakura M, Minamino T, Shintani Y, Yoshida M, Noji H, Kitakaze M, Komuro I, Asano Y and Takashima S
    • 雑誌名

      PNAS

      巻: 111 ページ: 273-278

    • DOI

      10.1073/pnas.1318547111

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Basic properties of rotary dynamics of the molecular motor Enterococcus hirae V1-ATPase2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Minagawa, Hiroshi Ueno, Mayu Hara, Yoshiko Ishizuka-Katsura, Noboru Ohsawa,Takaho Terada, Mikako Shirouzu, Shigeyuki Yokoyama, Ichiro Yamato, Eiro Muneyuki, Hiroyuki Noji, Takeshi Murata, and Ryota Iino
    • 雑誌名

      J.Biol.Chem

      巻: 288 ページ: 32700-32707

    • DOI

      10.1074/jbc.M113.506329

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biased Brownian stepping rotation of FoF1-ATP synthase driven by proton motive force2013

    • 著者名/発表者名
      Watanabe R, Tabata KV, Iino R, Ueno H, Iwamoto M, Oiki S, Noji H
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 4 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1038/ncomms2631

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In vivo fluorescent ATP imaging of Drosophila melanogaster and Caenorhabditis elegans by using a genetically encoded fluorescent ATPbiosensor optimized for low temperatures2013

    • 著者名/発表者名
      Tsuyama T, Kishikawa J, Han YW, Harada Y, Tsubouchi A, Noji H, Kakizuka A, Yokoyama K, Uemura T, Imamura H
    • 雑誌名

      Anal Chem

      巻: 85 ページ: 7889-7896

    • DOI

      10.1021/ac4015325

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-molecule analysis of FoF1-ATP synthase inhibited by N,N-dicyclohexylcarbodiimide2013

    • 著者名/発表者名
      Toei M and Noji H
    • 雑誌名

      J Biol Chem

      巻: 288 ページ: 25717-25726

    • DOI

      10.1074/jbc.M113.482455

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single molecule analysis of the rotation of F1-ATPase under high hydrostatic pressure2013

    • 著者名/発表者名
      Daichi Okuno, Masayoshi Nishiyama and Hiroyuki Noji
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 105 ページ: 1635-1642

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2013.08.036

    • 査読あり
  • [学会発表] Recent advances of Single molecule biophysics of ATP synthase

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Advanced Mateials and Device
    • 発表場所
      Korea, Jeju, Ramada Plaza Jeju Hotel
    • 招待講演
  • [学会発表] Novel single-molecule systems to monitor the rotary dynamics and proton-pumping of FoF1-ATP synthase

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      ITALY IN JAPAN 2013 WORKSHOP (Methods for the investigation of ion transport machinery in biological Membranes)
    • 発表場所
      東京都、イタリア文化会館
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-molecule digital counting with femtoliter chamber array

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      International Symposium on Nanomedicine Molecular Science 2013
    • 発表場所
      東京都、東京大学
    • 招待講演
  • [学会発表] Torque-generation mechanism of F1-ATPase

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      The 13th KIAS Conference on Protein Structure and Function
    • 発表場所
      Korea、Seoul、Korea Institute for Advanced Study
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-Molecule counting of biomolecules with femtoliter dropret chamber array

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Solid-State Sensors
    • 発表場所
      Spain, Barcelona, Barcelona International Convention Centre
    • 招待講演
  • [学会発表] Single molecule biophysics of ATP synthase

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      Single Molecule Workshop
    • 発表場所
      Taiwan, Taipei, National Taicung University
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-Molecule Technology

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      Single-Molecule Biophysical Chemistry Workshop
    • 発表場所
      Taiwan, Taipei, National Taiwan University
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-Molecule Biophysics of ATP synthase

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      Single-Molecule Biophysical Chemistry Workshop
    • 発表場所
      Taiwan, Taipei, National Taiwan University
    • 招待講演
  • [学会発表] Femtoliter chamber array for digital ELISA and single cell analysis

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      Workshop on Technologies for Single Cell Analysis
    • 発表場所
      東京都、Hitachi Research Institute
    • 招待講演
  • [産業財産権] 高密度微小チャンバーアレイおよびその製造方法2013

    • 発明者名
      野地博行, 渡邉力也, 菅裕明, 藤田大士
    • 権利者名
      野地博行, 渡邉力也, 菅裕明, 藤田大士
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2013-171493
    • 出願年月日
      2013-08-21
  • [産業財産権] 検出装置及び検出方法2013

    • 発明者名
      野地博行、金秀炫、飯野亮太、太田淳、徳田崇、笹川清隆、野田俊彦
    • 権利者名
      野地博行、金秀炫、飯野亮太、太田淳、徳田崇、笹川清隆、野田俊彦
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2013/073147
    • 出願年月日
      2013-08-29
    • 外国

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公開日: 2015-05-28  

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