カーボンナノチューブ探針を用いた染色体のナノスケール3次元AFM計測技術の開発

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22K14603
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 宮澤 佳甫 金沢大学, フロンティア工学系, 助教 (40845525)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 原子間力顕微鏡 / 染色体 / カーボンナノチューブ

研究実績の概要

ヒトの分裂期の染色体の3次元構造を可視化する3次元原子間力顕微鏡（3D-AFM）の開発のために、カーボンナノチューブ（CNT）を用いたAFM用探針開発を行った。最終年度では、電子顕微鏡内部で動作するマニピュレーターに取り付けた自作CNT探針作製治具の改良を行い、ピコアンペアレベルの電流制御によるCNT探針の形状制御機構を開発した。これにより、AFM探針先端へのCNTの取り付け角度や長さ、CNT先端の先鋭形状などをナノレベルで制御できるようになり、直径1 nm以下のCNT探針の作製に成功した。作製したCNT探針を用いて、①分裂期の染色体内部の構造観察と、②DNAのAFM計測の分解能向上に取り組んだ。①では、CNT探針が染色体内部に挿入され、染色体内部の密度分布を反映した3D-AFM像の取得に成功した。②では、従来のDNAの高分解能AFM計測で問題となっていたナノサイズのAFM探針によるDNAの見かけ上の形状の膨潤の問題がCNT探針で解消され、直径2 nmのDNAの形状をとらえつつ、DNA表面のらせん構造を同時にとらえることに成功した。これらの成果により、本研究で開発したCNT探針は、従来の汎用的なAFM探針と比べて生体試料の内部計測、および生体試料表面の高分解能計測の双方を実現する探針であることを示した。今後、CNT探針が高分解能AFM計測に応用されることで、従来のAFM計測では実現できなかった生体試料表面や内部の高分解能計測が達成されることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Dynamics of Molecular Self‐Assembly of Short Peptides at Liquid?Solid Interfaces ? Effect of Charged Amino Acid Point Mutations (2024)
  • 著者名/発表者名: Yurtsever Ayhan、Hirata Kaito、Kojima Ryohei、Miyazawa Keisuke、Miyata Kazuki、Kesornsit Sanhanut、Zareie Hadi、Sun Linhao、Maeda Katsuhiro、Sarikaya Mehmet、Fukuma Takeshi
  • 雑誌名: Small 巻: 2400653 ページ: 1～13
  • DOI: 10.1002/smll.202400653
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of a novel type of focal adhesion remodelling via FAK/FRNK replacement, and its contribution to cancer progression (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsujioka Masatsune、Miyazawa Keisuke、Ohmuraya Masaki、Nibe Yoichi、Shirokawa Tetsuya、Hayasaka Haruko、Mizushima Tsunekazu、Fukuma Takeshi、Shimizu Shigeomi
  • 雑誌名: Cell Death & Disease 巻: 14 ページ: 256
  • DOI: 10.1038/s41419-023-05774-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Three-dimensional ordering of water molecules reflecting hydroxyl groups on sapphire (001) and α-quartz (100) surfaces (2023)
  • 著者名/発表者名: Nagai Sho、Urata Shingo、Suga Kent、Fukuma Takeshi、Hayashi Yasuo、Miyazawa Keisuke
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 15 ページ: 13262～13271
  • DOI: 10.1039/d3nr02498a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Protocol for live imaging of intracellular nanoscale structures using atomic force microscopy with nanoneedle probes (2023)
  • 著者名/発表者名: Ichikawa Takehiko、Alam Mohammad Shahidul、Penedo Marcos、Matsumoto Kyosuke、Fujita Sou、Miyazawa Keisuke、Furusho Hirotoshi、Miyata Kazuki、Nakamura Chikashi、Fukuma Takeshi
  • 雑誌名: STAR Protocols 巻: 4 ページ: 102468～102468
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2023.102468
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Intracellular live imaging of organelle structures and mechanical properties by nanoendoscopy using AFM (2023)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Miyazawa, Takeshi Fukuma
  • 学会等名: The 100th Anniversary Annual Meeting of The Physiological Society of Japan
  • 招待講演
• [学会発表] 液中原子間力顕微鏡（AFM ）による細胞内構造・力学特性計測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 宮澤佳甫
  • 学会等名: 第5回形態解析ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 液中原子間力顕微鏡の開発と、動物・微生物・植物細胞の応用計測の展開 (2023)
  • 著者名/発表者名: 宮澤佳甫
  • 学会等名: 第14回植物電子顕微鏡若手ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] Visualization of 3D internal structures of human chromosomes by 3D-AFM using a carbon nanotube tip (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Kojima, K. Miyazawa, K. Teramae, T. Sumikkama, M. Meguro, K. Imadate, N. Okano, S. Horike, K. Hirahara, T. Fukuma
  • 学会等名: 9th Multifrequency AFM conference
  • 国際学会
• [学会発表] Nanoendoscopy-AFM for Visualizing Intracellular Nanostructures of Living Cells (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Miyazawa, M. Penedo, H. Furusho, T. Ichikawa, M. S. Alam, K. Miyata, C. Nakamura, T. Fukuma
  • 学会等名: Microscopy and Microanalysis 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Atomic-Scale Hydration Structures Visualized by Three-Dimensional Atomic Force Microscopy (3D-AFM) (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Miyazawa, T. Fukuma
  • 学会等名: AVS69
  • 国際学会
• [備考] サファイア(001)と α-クォーツ(100)の表面構造 および水和構造を原子スケールで可視化！
  • URL: https://www.kanazawa-u.ac.jp/wp/wp-content/uploads/2023/08/230818.pdf