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2020 年度 実施状況報告書

新規高速超解像顕微鏡による転写因子促進拡散挙動の可視化

研究課題

研究課題/領域番号 19K15406
研究機関大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究

研究代表者

堤 元佐  大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 特任助教 (60782422)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード蛍光顕微鏡 / 超解像顕微鏡 / イメージング / 転写因子 / 促進拡散 / スフェロイド / 2光子顕微鏡
研究実績の概要

本研究課題は、転写因子のDNA相互作用において過渡的に生じるDNAリン酸骨格上での2次元拡散(促進拡散)挙動の生細胞核内での可視化を目指し、ミリ秒・ナノメートルスケールの時間・空間分解能での低侵襲観察が可能な超解像顕微鏡法を構築することを目的とする。2020年度は、前年度に有効性を確認した画像解析による超解像顕微鏡法SRRF(Super Resolution Radial Fluctuation)と共焦点顕微鏡(LSM-SRRF)および2光子顕微鏡(TP-SRRF)との組み合わせによる高速超解像観察の適用条件についてさらに検討を進め、微細形態の構造再現性の既存超解像顕微鏡法との比較・評価を行った。その結果、LSM-SRRF, TP-SRRFそれぞれに対する至適条件を見出し、既存超解像顕微鏡法と同等の構造再現性を担保した高速超解像観察が可能であることを確認した。また、TP-SRRFについては本年度後半に詳細な検証実験を進め、既存超解像法では困難であった、生体試料の数百マイクロメートル深部における超解像観察を実証できた。これらの成果について、当年度に国内外複数の学術集会で発表を行っており、次年度投稿を目指して準備中である。さらに、本研究のTP-SRRF観察のために申請者が確立したHeLa細胞スフェロイド培養の系を用いた国際共同研究を実施し、補償光学および深層学習に関する共著論文2報を海外学術雑誌に発表した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

新型コロナウイルスの世界的流行により、研究スケジュールの変更はあったが、研究計画で想定していた共焦点顕微鏡および2光子顕微鏡へのSRRF法の適用について、当年度の検証で構造再現性の面からも高い実用性を実証することができた。また、計画段階では想定していなかったHeLa細胞スフェロイド培養の系を用いた国際共同研究成果を複数報発表することができた。そのため、当初の計画以上に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

2021年度は、昨年度までに得られた知見、特にTP-SRRFの方法論について論文投稿作業を進め、年度前半での投稿を予定している。また、当初計画の通り、LSM-SRRFおよびTP-SRRFを用いた生細胞核内での転写因子-蛍光蛋白質融合蛋白質の高速超解像観察を実施予定である。さらに、本研究課題で確立したスフェロイド培養系を用いた国際共同研究についても引き続き進める予定である。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルスの全世界的な感染拡大により、大幅に実験スケジュールを変更せざるを得なくなった。主となる観察対象サンプルの調達・作製にも遅れが生じたが、次年度には本研究で計画していた実験を遂行できる目処が立っている。残額は次年度の試薬等消耗品の購入および旅費として使用する計画である。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Katholieke Universiteit Leuven(ベルギー)

    • 国名
      ベルギー
    • 外国機関名
      Katholieke Universiteit Leuven
  • [国際共同研究] Columbia University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Columbia University
  • [雑誌論文] 3DeeCellTracker, a deep learning-based pipeline for segmenting and tracking cells in 3D time lapse images2021

    • 著者名/発表者名
      Wen Chentao、Miura Takuya、Voleti Venkatakaushik、Yamaguchi Kazushi、Tsutsumi Motosuke、Yamamoto Kei、Otomo Kohei、Fujie Yukako、Teramoto Takayuki、Ishihara Takeshi、Aoki Kazuhiro、Nemoto Tomomi、Hillman Elizabeth MC、Kimura Koutarou D
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 10 ページ: -

    • DOI

      10.7554/elife.59187

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Adaptive Optical Two-Photon Microscopy for Surface-Profiled Living Biological Specimens2020

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Kazushi、Otomo Kohei、Kozawa Yuichi、Tsutsumi Motosuke、Inose Tomoko、Hirai Kenji、Sato Shunichi、Nemoto Tomomi、Uji-i Hiroshi
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 6 ページ: 438~447

    • DOI

      10.1021/acsomega.0c04888

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 蛍光イメージングの最新動向:より速く、より深く、より細かく、そしてより優しく2021

    • 著者名/発表者名
      堤 元佐
    • 学会等名
      琉球大学 理学部海洋自然科学科生物系 公開講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 空間光位相変調器を用いた収差補正による生体組織深部の微細構造の可視化2021

    • 著者名/発表者名
      山口和志、大友康平、小澤祐市、堤 元佐、猪瀬朋子、平井健二、佐藤俊一、根本知己、雲林院 宏
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会
  • [学会発表] Two-photon 3D live imaging of cellular ERK activation in multicellular tumor spheroid adhering gold nanostar for plasmonic photothermal effects2021

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Yamaguchi, Kohei Otomo, Yuichi Kozawa, Motosuke Tsutsumi, Tomoko Inose, Kenzi Hirai, Syunichi Sato, Tomomi Nemoto, Hiroshi Uji-i
    • 学会等名
      The 3rd Australia-Belgium-Japan joint symposium on excitonics and cellular communication
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] TP-SRRF, Image analysis based super-resolution two-photon microscopy for deep imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Motosuke Tsutsumi
    • 学会等名
      第3回 ExCELLS若手交流リトリート
  • [学会発表] SRRF-時空間蛍光相関超解像法 ~画像解析による新規超解像顕微鏡~2020

    • 著者名/発表者名
      堤 元佐
    • 学会等名
      オックスフォード・インストゥルメンツ社 Andor ウェビナー 第2回
    • 招待講演
  • [学会発表] 多点走査型2光子顕微鏡によるAβオリゴマー曝露時のアストロサイトCa2+動態の可視化解析2020

    • 著者名/発表者名
      中田開人、鎌田恭史、大友康平、石井宏和、堤 元佐、榎木亮介、根本知己
    • 学会等名
      第29回 日本バイオイメージング学会学術集会
  • [学会発表] Image analysis based super-resolution two-photon microscopy TP-SRRF for deep imaging2020

    • 著者名/発表者名
      Motosuke Tsutsumi, Tomomi Nemoto
    • 学会等名
      第3回 ExCELLSシンポジウム

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公開日: 2021-12-27  

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