単一細胞機能評価の新手法

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11227202
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 松岡 英明 東京農工大学, 工学部, 教授 (10143653)
• 研究分担者: 橋本 壽正 東京工業大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50101001) ; 夏目 雅裕 東京農工大学, 農学部, 助教授 (10201683) ; 竹山 春子 東京農工大学, 工学部, 助教授 (60262234) ; 安藤 譲二 東京大学, 大学院・医学研究科, 教授 (20159528) ; 本多 裕之 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70209328)
• キーワード: 単一細胞機能 / 電気的シグナル / イネキチナーゼ / 流水せん断応力 / 電気化学的シグナル / 熱シグナル / 遺伝子発現制御 / CA2+

研究概要

本研究は、単一細胞に対するストレスシグナルの定量的印加、それに対する細胞応答の計測、そのシグナル・応答の相関解析に基づく単一細胞機能評価法の確立を目的としている。前年度までに、ストレスとして電気的シグナル、電気化学的シグナル、熱シグナル、流れせん断応力シグナル、などを選び、要素技術開発と細胞機能解析を進めてきたが、本年度は最終年度にあたり、単一細胞実験法としてシステムの確立を達成した。具体的には、例えば、イネプロトプラスト単一細胞に対する電気的シグナルの定量的印加(実効膜電位の制御)、細胞応答(カルシウム流入、キチナーゼ遺伝子発現)のリアルタイム測定、単一細胞ナンバリングシステムによって、3-4日に渡る一続きの実験を、細胞毎に記録・相関解析できるようにした。そして「単一細胞操作支援ロボット」(特許出願中)という、世界に例のないユニークな概念の実験システムして結実させた。並行して、新しい電気的シグナル応答遺伝子の発見、電気的遺伝子発現のキー分子と考えられるカルシウムチャンネルのクローニングにも成功した。他のストレスシグナルの例として特記すべきは、熱シグナル(細胞の凍結・融解)に対する細胞応答測定である。独創的な温度波熱分析法で、細胞温度変化を単一細胞単位で、高感度・高速に解析できるシステムを完成した。これにより組織凍結時の温度波イメージングの動的解析が可能となり、例えば細胞凍結時に使用する浸透圧調節剤の性能を、植物組織(タマネギやタバコ)の場合について評価できることを示した。また、単一細胞実験には至らなかったが、酵母に対する電気化学的酸化ストレスでカタラーゼ遺伝子やTCAサイクル関連遺伝子の活性化されること、メラノーマ細胞を移植したマウスに磁気微粒子を投与しメラノーマ細胞内に導入後、高周波磁場照射して熱ストレスを誘導すると腫瘍の消失が促進されること、などの知見も得られた。

研究成果

• [文献書誌] Ki-Bong Oh, Hideaki Matsuoka: "Rapid Viability Assessment of Yeast cells Using Vital Staining with 2-NBDG, a Fluorescent Derivative of Glucose"Intern. J. Food Microbiol.. 76. 47-53 (2002)
• [文献書誌] Hideaki Matsuoka, Yuri Kosai, Mikako Saito, Norihide Takeyama, Hiroshi Suto: "Simultaneous Imaging of Multiple Fluorescent Probes in Bio-Cells"Anal.Sci.. 18. 1321-1324 (2002)
• [文献書誌] Hideaki Matsuoka, Kenji Hashimoto, Shigetoshi Horikiri, Mikako Saito, Kimiko Yamamoto, Joji Ando: "Single-Cell Imaging of Ca^<2+> Influx into Bovine Endotherial Cells Occurring in Response to an Alternating Electric Stimulus"Anal.Sci.. 18. 1205-1208 (2002)
• [文献書誌] Hideaki Matsuoka, Tomoko Kurokawa, Kanenari Oishi, Mikako Saito: "Rapid Detection of Small Number of Viable Cells by Fluorescent Glucose Method"J. Food Safety. 22. 141-153 (2002)
• [文献書誌] Hideaki Matsuoka, Yuri Kosai, Mikako Saito, Norihide Takeyama, Hiroshi Suto: "Single-cell Viability Assessment with a Novel Spectro-imaging System"J.Biotechnol.. 94. 299-308 (2002)
• [文献書誌] Ki-Bong Oh, Yasuo Tajima, Mikako Saito, Il-Moo Chang, Hideaki Matsuoka: "Cytotoxicity of Extracts from Alternaria alternata against Cultured Tobacco BY-2 Cells"Biocontrol Sci. 7(2). 127-130 (2002)
• [文献書誌] Mikako Saito, Hideaki Matsuoka, Kunihiro Kasamo: "Isolation of H^+-translocating ATPase in Tonoplast of Tradescantia virginiana L. Leaf Cells"J.Biotechnol.. 100. 221-229 (2003)
• [文献書誌] Mikako Saito, Shigetoshi Horikiri, Hideaki Matsuoka: "Dielectrophoretic Selection of Viable Single-cells of Rice and Tobacco"Electrochemistry. (in press). (2003)
• [文献書誌] S.Kasai, Y.Hirano, N.Motochi, H.Shiku, M.Nishizawa, T.Matsue: "Simultaneous Detection of Uric Acid and Glucose on a Dual-Enzyme Chip Using Scanning Electrochemical Microscopy/Scanning Chemiluminescence Microscopy"Anal.Chim.Acta. 1-8. 263-270 (2002)
• [文献書誌] M.Nishizawa, K.Takoh, T.Matsue: "Micropatterning of HeLa Cells on Glass Substrates and Evaluation of Respiratory Activity using Microelectrodes"Langmuir. 18. 3645-3649 (2002)
• [文献書誌] M.Nishizawa, A.Takahashi, H.Kaji, T.Matsue: "Micropatterned HeLa Cell Culture on PEG Monolayer-Coated Glass Substrates"Chem.Lett. 9. 904-905 (2002)
• [文献書誌] T.Yasukawa, A.Glidle, J.M.Cooper, T.Matsue: "Electroanalysis of Metabolic Flux from Single Cells in Picolitre-Volume Microsystems"Anal. Chem.. 74. 5001-5008 (2002)
• [文献書誌] Nakagawa H, Wachi M, Woo JT, Kato M, Kasai S, Takahashi F, Lee IS, Nagai K: "Fenton reaction is primarily involved in a mechanism of (-)-epigallocatechin-3-gallate to induce osteoclastic cell death"Biochem Biophys Res Commun. 292. 94-101 (2002)
• [文献書誌] K.Suda, J.-T.Woo, M.Takami, P M Sexton, K.Nagai: "Lipopolysaccharide supports survival and fusion of preosteoclasts independent of TNF-alpha, IL-1 and RANKL"J. Cell Physiol. 190. 101-108 (2002)
• [文献書誌] K.Igarashi, J-T Woo, P H Stern: "The effects of a selective cyclooxygenase-2 inhibitor, celecoxib, on bone resorption and osteoclastogenesis in vitro"Biochemical Pharmacology. 63. 523-532 (2002)
• [文献書誌] Bando, M., Hasegawa, M., Tsuboi, Y., Miyake, Y., Shuna, M., Ito, M., Handa, H., Nagai, K., Kataoka, T.: "The mycotoxin penicillic acid inhibits Fas ligand-induced apoptosis by blocking self-processing of caspase-8 in death-inducing signaling complex"J.Biol.Chem.. 278. 5786-5793 (2003)
• [文献書誌] Ando, I., Tsukumo, Y., Wakabayashi, T., Akashi, S., Miyake, K., Kataoka, T., Nagai, K.: "Safflower polysaccharides activate the transcription factor NF-_κB via Toll-like receptor 4 and induce cytokine production by macrophages"Inter.Immunopharmacol.. 2. 1155-1162 (2002)
• [文献書誌] Kataoka, T., Ito, M., Budd, R.C., Tschopp, J., Nagai, K.: "Expression level of c-FLIP versus Fas determines susceptibility to Fas ligand-induced cell death in murine thymoma EL-4 cells"Cell Res.. 273. 256-264 (2002)
• [文献書誌] Bando, M., Miyake, Y., Shima, M., Wachi, M., Nagai, K., Kataoka, T.: "Actin cytoskeleton is required for early apoptosis signaling induced by anti-Fas antibody but not Fas ligand in murine B lymphoma A20 cells. Biochem."Biophys. Res. Commun.. 290. 268-274 (2002)
• [文献書誌] T Ebihara, H Takayama, Y Yanagida, E Kobatake, Mauo Aizawa: "Thermostabilization of protein A-luciferase fusion protein by single amino acid mutation"Biotech. Lett. 24. 147-149 (2002)
• [文献書誌] Tetsuya Haruyama, Eiry Kobatake, Masuo Aizawa: "Cellular biosensing system for discovery of protein synthesis inhibitor with an electrochemical phosphate modulator to regulate the acid phosphatase gene expression of Saccharomyces cerevisiae"Biosens.Bioelect. 17. 209-215 (2002)
• [文献書誌] H.Funabashi, T.Haruyama, M.Mie, Y.Yanagida, E.Kobatake, M.Aizawa: "Non-destructive monitoring of rpoS promotor activity as stress marker for evaluating cellular physiological status"J.Biotechnol.. 95. 85-93 (2002)
• [文献書誌] H.Funabashi, M.Mie, Y.Yanagida, E.Kobatake, M.Aizawa: "Fluorescent monitoring of cellular physiological status depending on the accumulation of ppGpp"Biotech.Lett.. 24. 269-273 (2002)
• [文献書誌] S.Koyama, M.Horii, Y.Yanagida, E.Kobatake, M.Aizawa: "Pressure sensitivity of HSP7O promoter in transformed 3T3-L1 cells"JAMSTEC J. Deep Sea Res.. 20. 53-58 (2002)
• [文献書誌] T.Yoshino, T.Tanaka, H.Takeyama, T.Matsunaga: "Single Nucleotide Polymorphism In Aldehyde Dehydrogenase 2 Gene Using a Single Nano-Sized Magnetic Particle"Biosens.Bioelectron.. (in press). (2003)
• [文献書誌] H.Ohta, H.Takeyama, H.Nakayama, T.Katoh, T.Matsunaga: "SNP Detection in Transforming Growth Factor-* 1 Gene Using Bacterial Mabnetic Particles"Biosens. Bioelectron.. (in press). (2003)
• [文献書誌] Hashimoto, M., T.Kondo, I.Kozone, H.Kawaide, H.Abe, M.Natsume: "Effects of pamamycin-607 and A-factor on Streptomyces spp"Biosci.Biotech.Biochem.. (in press). (2003)
• [文献書誌] Natsume, M., M.Matsumoto, A.Ohshiro, I.Kozone, M.Hashimoto, H.Abe: "Effect of antibiotics on formation of aerial mycelium and production of phytotoxins in Streptomyces spp"J. Pesticide Sci.. (in press). (2003)
• [文献書誌] T.Hashimoto, J.Morikawa, C.Sawatari: "Relaxation Behavior of ultradrawn poly(ethylene) by temperature wave analysis"J. Thermal Analysis and Calorimetry. vol.70. (2002)
• [文献書誌] R.Satoto, J.Morikawa, T.Hashimoto: "Effect of catalysts on thermally stimulated current in poly(ethylene terephthalate)"Thermal Analysis and Calorimetry. vol.70. (2002)
• [文献書誌] Akikazu Maesono, Youichi Takasaki, Yukio Maeda, Ronald P Tye, Junko Morikawa, Toshimasa Hashimoto: "A new apparatus for thermal diffusivity and specific heat measurements of films and liquids by means of Fourier transform thermal analysis"High Temperatures-High Pressures. volume34. 127-134 (2002)
• [文献書誌] A.Ito, M.Shinkai, H.Honda, K.Yoshikawa, S.Saga, T.Wakabayashi, J.Yoshida, T.Kobayashi: "Heat Shock Protein 70 Expression induces Antitumor Immunity during Intracellular Hyperthermia Using Magnetic Nanoparticles"Cancer Immunology and Immunotherapy. 52(2). 80-88 (2003)
• [文献書誌] M.Suzuki, M.Shinkai, H.Honda, T.Kobayashi: "Anti-cancer effect and immune induction by hyperthermia of malignant melanoma using magnetite particles"Melanoma Research. (in press). (2003)
• [文献書誌] 松岡英明: "新しいスペクトロイメージングシステムによる単一細胞の顕微分光"telecom FRONTIER. No.36. 23-29 (2002)
• [文献書誌] 松岡英明: "植物用遺伝子導入支援ロボットを目指すテクノロジー"農業低温科学研究情報. 9(2). 2-4 (2002)
• [文献書誌] 小谷松大祐, 末永智一: "マイクロ電極を用いたバイオセンシング"マテリアルインテグレーション. 15. 39-43 (2002)
• [文献書誌] 末永智一他, "機器分析実験", 梅沢喜夫, 本水昌二, 渡会 仁, 寺前紀夫編: "顕微・形態分析"東京化学同人. 第8章. (2002)
• [文献書誌] 永井和夫: "緑茶渋み成分EGCGの骨代謝に対する効果治療"85. 165-167 (2003)
• [文献書誌] 森川淳子, 橋本寿正: "フーリエ変換型温度波熱分析法による薄膜の熱物性測定"膜. vol.25. 6316-6317 (2002)
• [文献書誌] 森川淳子, 山本暁, 陳寧媚, 橋本寿正: "温度波熱分析法-液体試料の熱物性測定への応用-"熱測定. 29(1). 27-32 (2002)
• [文献書誌] 井藤彰, 本多裕之, 小林猛: "リポソームを用いた腫瘍への薬剤ターゲティング"Drug Delivery System. 17(4). 347-354 (2002)
• [文献書誌] 斉藤美佳子, 松岡英明: "キャピラリーカーボンマイクロ電極"マテリアルインテグレーション. 15(2). 45-49 (2002)
• [文献書誌] 松岡英明: "「4章.微生物制御法の原理と科学」の中の「4.1.物理的方法」P44-54、「5章.制御における測定法・評価法」P82-95、「8章.菌株保存」p130-136. "微生物制御の科学と工学"(土戸哲明、高麗寛紀、松岡英明、小泉淳一、著)"講談社サイエンティフィク. (2002)
• [文献書誌] 松岡英明, 斉藤美佳子: "マイクロインジェクションを軽労化する単一細胞実験システムの構築"平成14年度マイクロバイオリアクターシステムの構築に関する基礎調査委託事業報告書""社)農林水産技術情報協会(印刷中).
• [文献書誌] Kataoka, T., Nagai, K.: "Molecular dissection of cytotoxic functions mediated by T cells. in "Molecular Anatomy of Cellular Systems" I. Endo et al., (Eds.)"Elsevier Science B. V.. 11 (2002)
• [文献書誌] 大野典也, 相澤益男 監訳: "エヌテイーエス"再生医学-テイッシュエンジニアリングの基礎から最先端技術まで-. (2002)
• [文献書誌] 夏目雅裕: "抗生物質(微生物の生産する生理活性物質)In「次世代の農薬開発-ニューナノテクノロジーによる探索と創製-」;桑野栄一、鈴木義勝、安部浩編"ソフトサイエンス(印刷中). (2003)
• [文献書誌] 松岡英明, 斉藤美佳子: "バイオセンシング・バイオエレクトロニクス"生命工学への招待-基礎と応用-"(松永是編)"朝倉書店. 4 (2002)
• [文献書誌] 松岡英明, 斉藤美佳子: "平成14年度マイクロバイオリアクターシステムの構築に関する基礎調査委託事業報告書"(社)農林水産技術情報協会(印刷中). (2003)