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2015 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  国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, チームリーダー (00375205)
市村 垂生  国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 研究員 (50600748)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2016-03-31
キーワード1細胞解析 / デジタルバイオ分析 / 1分子イメージング / マイクロドロプレットアレイ / 超解像顕微鏡 / ATP / インフルエンザ / 蛍光タンパク質
研究実績の概要

少数性生物学研究では、細胞毎の個性や違いをつまびらかにする技術が必須となる。そこで、A01-1班では主として細胞毎の「個性」を解析する技術として、野地のグループがマイクロドロプレットアレイを用いたデジタル計数法を、研究分担の渡邊のグループが新しい細胞内1分子イメージング技術を主として開発した。前者は主として破壊的ではあるが遺伝的標識を必要とせず、後者は遺伝的標識を必要とするが非破壊的な解析を可能とする。
野地のグループは、マイクロドロプレットアレイ技術に基づく1分子デジタルELISA法を確立し(Lab on a chip 2013)、ヒト由来の培養細胞が発現しているalkaline phosphataseの1細胞定量に成功した(unpublished data)。また、脂質膜でシールしたドロプレットアレイの開発にも成功し(Nat. Comm. 2014など)、細胞毎のトランスポーター計数も可能となった。さらに、バクテリア1細胞毎のATP量の計測とその細胞間分布の定量にも成功した(Sci. Rep. 2014)。また、公募班の大場グループと共同でインフルエンザ1粒子毎のデジタル計数にも成功し、全ウイルスのうち感染性の粒子の割合が数%しかないことを明らかにした(unpublished data)。
渡邊のグループは、A01-2(永井班)が開発した光明滅を意図的に制御(スイッチング)できる蛍光蛋白質の特性を用いた超解像顕微鏡法、および、拡散イメージング法の開発を行った。また、A01-2(永井班)と A03-2班(今田班)細胞内の分子混雑具合により蛍光スペクトルが変化する新規蛍光タンパク質GimRETの開発にも成功した(Sci. Rep. 2016)。さらに、野地のグループと共同で、1細胞の分泌物質の網羅的解析技術も確立した(RSC Adv. 2015)。
以上の通り、新学術領域のネットワークを活用しながら、当初目的を十二分に達成した。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (16件) (うち査読あり 15件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 5件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Dependence of fluorescent protein brightness on protein concentration in solution and enhancement of it.2016

    • 著者名/発表者名
      Morikawa TJ, Fujita H, Kitamura A, Horio T, Yamamoto J, Kinjo M, Sasaki A, Machiyama H, Yoshizawa K, Ichimura T, Imada K, Nagai T, Watanabe TM.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 ページ: 22342

    • DOI

      10.1038/srep22342

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ラマン散乱スペクトルによる細胞指紋法の提案2016

    • 著者名/発表者名
      渡邉朋信, 市村垂生, 藤田英明
    • 雑誌名

      BIO INDUSTRY

      巻: 2 ページ: 19-25

  • [雑誌論文] Full control of polarization state with a pair of electro-optic modulators for polarization-resolved optical microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Junichi Kaneshiro, Tomonobu. M. Watanabe, Hideaki Fujita, Taro Ichimura
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 55 ページ: 1082-1089

    • DOI

      10.1364/AO.55.001082

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Novel Nano-Device to Measure Voltage-Driven Membrane Transporter Activity2015

    • 著者名/発表者名
      R Watanabe, N Soga, and H Noji,
    • 雑誌名

      IEEE TRANSACTIONS ON NANOTECHNOLOGY

      巻: 15 ページ: 70-73

    • DOI

      10.1109/TNANO.2015.2498167

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A single-molecule digital enzyme assay using alkaline phosphatase with a cumarin-based fluorogenic substrate2015

    • 著者名/発表者名
      Obayashi Y, Iino R, Noji H
    • 雑誌名

      Analyst

      巻: 140 ページ: 5065-6073

    • DOI

      10.1039/C5AN00714C

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Giant Acceleration of diffusion observed in a single-molecule experiment on F1-ATPase2015

    • 著者名/発表者名
      Hayashi R, Sasaki K, Nakamura S, Kudo S, Inoue Y, Noji H, Hayashi K
    • 雑誌名

      Physical Review letters

      巻: 114 ページ: 248101-

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Attolitre-sized lipid bilayer chamber array for rapid detection of single transporters2015

    • 著者名/発表者名
      Soga N, Watanabe R and Noji H
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 ページ: 11025

    • DOI

      10.1038/srep11025

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Comprehensive chemical secretory measurement of single cell trapped in micro-droplet array with mass spectrometry2015

    • 著者名/発表者名
      Fujita H, Esaki T, Masujima T, Soo H Kim, Noji H and Watanabe MT
    • 雑誌名

      RSC Adv

      巻: 5 ページ: 16968-16971

    • DOI

      10.1039/C4RA12021C

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of an ATP analogue, adenosine 5'-[α-thio]triphosphate, on F1-ATPase rotary catalysis, torque generation, and inhibited intermediated formation2015

    • 著者名/発表者名
      Yukawa A, Watanabe R and Noji H
    • 雑誌名

      Biochem Biophys Res Commun

      巻: 458 ページ: 515-519

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2015.01.146

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High-speed angle-resolved imaging of single gold nanorod with microsecond temporal resolution and one-degree angle precision2015

    • 著者名/発表者名
      Enoki S, Iino R, Niitani Y, Minagawa Y, Tomishige M and Noji H
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 87 ページ: 2079-2086

    • DOI

      10.1021/ac502408c

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Torque transmission mechanism via DELSEED loop of F1-ATPase2015

    • 著者名/発表者名
      Watanabe R, Koyasu K, You H, Tanigawara M and Noji H,
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 108 ページ: 1144-1152

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2015.01.017

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Predictive diagnosis of the risk of breast cancer recurrence after surgery by single-particle quantum dot imaging.2015

    • 著者名/発表者名
      Gonda K, Miyashita M, Higuchi H, Tada H, Watanabe TM, Watanabe M, Ishida T, Ohuchi N.
    • 雑誌名

      Scientific Reports.

      巻: 5 ページ: 14322

    • DOI

      10.1038/srep14322.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] SH3 domain of c-Src governs its dynamics at focal adhesions and the cell membrane.2015

    • 著者名/発表者名
      Machiyama H, Yamaguchi T, Sawada Y, Watanabe TM, Fujita H.
    • 雑誌名

      FEBS Journal

      巻: 282 ページ: 4034-4055

    • DOI

      10.1111/febs.13404.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualizing the appearance and disappearance of the attractor of differentiation using Raman spectral imaging.2015

    • 著者名/発表者名
      Taro Ichimura, Liang-da Chiu, Katsumasa Fujita, Hiroaki Machiyama, Satoshi Kawata, Tomonobu M. Watanabe, Hideaki Fujita
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 ページ: 11358

    • DOI

      10.1038/srep11358

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 局在表面プラズモンを利用した超解像顕微分光とイメージング2015

    • 著者名/発表者名
      市村垂生、矢野隆章
    • 雑誌名

      分光研究

      巻: 64 ページ: 582-598

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 細胞状態を示す指紋 細胞からのラマンスペクトル2015

    • 著者名/発表者名
      藤田英明、市村垂生、渡邉朋信
    • 雑誌名

      現代化学

      巻: 11 ページ: 36-40

    • 査読あり
  • [学会発表] 散乱光を用いた生体計測2016

    • 著者名/発表者名
      渡邉朋信
    • 学会等名
      レーザー学会第36回年次大会
    • 発表場所
      名城大学(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2016-01-10 – 2016-01-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Single molecule analysis of transporter protein with arrayed lipid bilayer chamber2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      Pacific Chem
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center (Honolulu, Hawaii, US)
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-15
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Redesigning of F1-ATPase2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      Pacific Chem
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center (Honolulu, Hawaii, US)
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-15
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Single cell Non-invasive spectroscopy2015

    • 著者名/発表者名
      Tomonobu M Watanabe
    • 学会等名
      3rd International Symposium on Nanomedicine Molecular Science
    • 発表場所
      東京大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-11-26 – 2015-11-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Single molecule biophysics of ATP synthase and digitalization revolution of bioassay2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      POSTECH seminar
    • 発表場所
      Pohang University of Science and Technology, (Pohang-si, Korea)
    • 年月日
      2015-09-24 – 2015-09-24
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of imaging technology to detect intracellular physical parameters2015

    • 著者名/発表者名
      Tomonobu M Watanabe
    • 学会等名
      THE HONG KONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY Joint Seminar
    • 発表場所
      The HK University of Science & Technology(中国、香港)
    • 年月日
      2015-09-24 – 2015-09-24
    • 国際学会
  • [学会発表] 波長分離による複数分子ナノ追跡2015

    • 著者名/発表者名
      市村垂生、垣塚太志、池崎圭吾、金城純一、藤田英明、渡邉朋信
    • 学会等名
      第56回応用物理学会年会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] 『単一』にこだわる計測技術開発2015

    • 著者名/発表者名
      渡邉朋信
    • 学会等名
      新学術領域 超高速バイオアセンブラ第 4 回若手シンポジウム
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2015-07-03 – 2015-07-03
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞と細胞集団との多層にまたがる状態遷移の定量解析2015

    • 著者名/発表者名
      渡邉朋信
    • 学会等名
      第67回日本細胞生物学会大会
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • 年月日
      2015-07-01 – 2015-07-01
  • [学会発表] 蛍光ゆらぎ相関計算に基づく超解像法2015

    • 著者名/発表者名
      渡邉朋信
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第71回学術講演会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-05-15 – 2015-05-15
    • 招待講演
  • [学会発表] ラマン散乱顕微鏡による細胞状態遷移の一細胞計測2015

    • 著者名/発表者名
      市村垂生、Liang-da Chiu、藤田克昌、渡邉朋信、藤田英明
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第71回学術講演会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-05-13 – 2015-05-15

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公開日: 2017-01-06  

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