細胞内現象をリアルタイムに可視化する技術と光で操作する技術の開発

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17017039
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 宮脇 敦史 独立行政法人理化学研究所, 細胞機能探索技術開発チーム, チームリーダー (80251445)
• 研究分担者: 水野 秀昭 独立行政法人理化学研究所, 細胞機能探索技術開発チーム, 専門職研究員 (80301779) ; 永井 健治 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (20311350) ; 下薗 哲 独立行政法人理化学研究所, 細胞機能探索技術開発チーム, 基礎科学特別研究員 (40391982) ; 深野 天 独立行政法人理化学研究所, 細胞機能探索技術開発チーム, 研究員 (80373364) ; 筒井 秀和 独立行政法人理化学研究所, 細胞機能探索技術開発チーム, 研究員 (30392038)
• キーワード: 蛍光蛋白質 / バイオイメージング

研究概要

1.フォトクロミック蛍光蛋白質"Dronpa"のフォトクロミズム(異なる波長の光照射で吸収が変化する現象)に関して、1分子観察を行った。バルク解析で得られたのと同じようなキネティクスが観察された。また、各状態間移行の効率を計算することにより、フォトクロミズムに関するエネルギーダイアグラムを提出することができた。これらの成果に基づいて、さらに異なるキネティクスを示すDronpa変異体(Dronpa-2,Dronpa-3)を開発した。
2.YFP(yellow fluorescent protein)の明るいバージョンVenusのdestabilized mutantを用いて、神経系初期発生におけるNotch signalingの可視化を行うことに成功した。
3.Fura-2やratiometric pericamなどのカルシウム指示薬は、2波長励起1波長測光型のレシオイメージングを可能にする。高速のカルシウム濃度変化を追う際や動くサンプルを観察する際に、波長を切り換える時間差が問題となる。そこで、高速LED(light-emitting diode)と高速液晶シャッターを組み入れた顕微鏡光学系を開発した。高速の波長切り換えを行いながらカメラの読み出しノイズを抑えるイメージングシステムが完成した。

研究成果

• [雑誌論文] Fast dual-excitation ratiometry with light-emitting diodes and high-speed liquid crystal shutters. (2005)
  • 著者名/発表者名: Fukano T, Shimozono S, Miyawaki A.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 330巻 ページ: 250-255
• [雑誌論文] Innovations in the imaging of brain functions using fluorescent proteins. (2005)
  • 著者名/発表者名: Miyawaki, A.
  • 雑誌名: Neuron 48巻 ページ: 189-199
• [雑誌論文] Visualization of spatiotemporal activation of Notch signaling : Live monitoring and significance in neural development. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kohyama J, Tokunaga A, Fujita Y, Miyoshi H, Nagai T, Miyawaki A, Nakao K, Matsuzaki Y, Okano H.
  • 雑誌名: Developmental Biology 286巻 ページ: 311-325
• [雑誌論文] Probing intra-molecular mechanics of single circularly permuted green fluorescent protein with atomic force microscopy. (2005)
  • 著者名/発表者名: Wang T, Nakajima K, Miyawaki A, Hara M.
  • 雑誌名: Ultramicroscopy
• [雑誌論文] Engineering fluorescent proteins. (2005)
  • 著者名/発表者名: Miyawaki A, Nagai T, Mizuno H.
  • 雑誌名: Adv.Biochem.Eng.Biotechnol. 95巻 ページ: 1-15
• [雑誌論文] Reversible single-molecule photoswitching in the GFP-like fluorescent protein Dronpa. (2005)
  • 著者名/発表者名: Habuchi S, Ando R, Dedecker P, Verheijen W, Mizuno H, Miyawaki A, Hofkens J.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 102巻 ページ: 9551-9516