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2023 年度 実績報告書

細胞内熱伝導率の局所的低下の起源の探索と再現

研究課題

研究課題/領域番号 22K19273
研究機関大阪大学

研究代表者

鈴木 団  大阪大学, 蛋白質研究所, 准教授 (40350475)

研究分担者 宮崎 牧人  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (40609236)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2024-03-31
キーワード構成的手法 / 細胞内熱物性 / 熱産生 / 光熱変換 / MDシミュレーション
研究実績の概要

研究代表者らはこれまでに、細胞内の熱伝導率計測に成功した。しかし、細胞内の局所的な熱の放出とその散逸過程のごく一部が明らかとされたに過ぎない。本研究では、①細胞内で熱伝導率を計測するのと同時にその局所環境を同定することと、②細胞を構成する因子の熱伝導への寄与の検討を、大きく分けて2つの挑戦課題として設定してきた。2023年度はそれぞれ次を実施し、それぞれ成果を得た。①本課題の達成に必要となる技術的課題を解決するためには、微小プローブの性能を向上させるところまで立ち返る必要があった。そこで昨年度に実施した蛍光ナノダイヤモンドの材料開発を継続するほか、別のナノ材料の新規開発も並行して進めた。いずれも進捗があり、それぞれについて2024年度中に論文発表できる見込みを得た。②(i)筋細胞内における熱の散逸過程が筋収縮に与える影響を検討するために、骨格筋と心筋の熱応答性を比較する実験を行った。結果を原著論文として発表することができ、この成果により筆頭著者がCranefield postdoctoral fellow awardを受賞した。またプレスリリースを日本語および英語の両方で行った。Altmetric Attention Scoreが250を超え、国際的に広く注目を集めた。(ii)昨年度に開始した、分子動力学シミュレーションを利用した理解においても順調な進捗を得た。生体分子において生化学反応から放出される熱の分子内伝導が分子機能に与える影響を原子分解能で理解するため、ミオシン分子のATP加水分解過程に着目した。すると意外にも、化学的エネルギーが仕事に変換される初期のメカニズムを説明する結果が得られた。そこで、モータータンパク質の機能の本質でありながら、これまで明らかとされていなかったこの点に注力した解析を推進した。本課題についても次年度早期の論文発表を見込んでいる。さらに①と②の両課題を包括して議論する総説を発表することもできた。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 5件、 招待講演 6件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] クイーンズランド大学(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      クイーンズランド大学
  • [雑誌論文] Myosin and tropomyosin-troponin complementarily regulate thermal activation of muscles2023

    • 著者名/発表者名
      Ishii Shuya、Oyama Kotaro、Kobirumaki-Shimozawa Fuyu、Nakanishi Tomohiro、Nakahara Naoya、Suzuki Madoka、Ishiwata Shin’ichi、Fukuda Norio
    • 雑誌名

      Journal of General Physiology

      巻: 155 ページ: e202313414

    • DOI

      10.1085/jgp.202313414

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Trans-scale thermal signaling in biological systems2023

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Madoka、Liu Chujie、Oyama Kotaro、Yamazawa Toshiko
    • 雑誌名

      The Journal of Biochemistry

      巻: 174 ページ: 217~225

    • DOI

      10.1093/jb/mvad053

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 新たな蛍光ナノ温度計との出会いと成長2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木 団
    • 雑誌名

      生産と技術

      巻: 76 ページ: 76-79

  • [学会発表] カルシウムイオンによらない熱による筋収縮の活性化2024

    • 著者名/発表者名
      鈴木 団
    • 学会等名
      定量生物学の会第11回年会
  • [学会発表] 局所加熱法があらわにする細胞内温度センサーとしての酵素活性とその操作2024

    • 著者名/発表者名
      鈴木 団
    • 学会等名
      電気化学会第91大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 筋肉の熱産生・熱暴走と筋サルコメアの温度依存的な活性化2024

    • 著者名/発表者名
      鈴木 団
    • 学会等名
      情報物理学と定量生物学の融合とその展開
  • [学会発表] ミオシンと制御タンパク質は骨格筋と心筋において加温による活性化を相補的に制御する2024

    • 著者名/発表者名
      Ishii, S., Oyama, K., Kobirumaki-Shimozawa, F., Nakanishi, T., Nakahara, N., Suzuki, M., Ishiwata, S., Fukuda, N.
    • 学会等名
      第101回日本生理学会年会
    • 国際学会
  • [学会発表] 熱で活性化し熱産生もする筋収縮の顕微理解2024

    • 著者名/発表者名
      鈴木 団
    • 学会等名
      第101回日本生理学会年会
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光学的局所加熱・温度計測を用いた熱シグナリング解析2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木 団
    • 学会等名
      量子生命科学先端フォーラム 2023夏の研究会
  • [学会発表] 筋肉でCa2+と収縮を巻き込む熱シグナリング2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木 団
    • 学会等名
      生理研研究会「細胞システム理解のためのシグナル応答原理解明の最前線」
  • [学会発表] 階層をまたぐ熱シグナリングの顕微解析2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木 団
    • 学会等名
      日本体力医学会特別大会-2023東京シンポジウム-
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mechanical work generation at the early stage of ATP hydrolysis by myosin2023

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Kurisaki, Madoka Suzuki
    • 学会等名
      第61回日本生物物理学会年会(招待講演)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Complementarily regulated thermal activation of cardiac and skeletal muscles revealed by optical nanothermometry and heating microscopy.2023

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, M.
    • 学会等名
      16th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2023)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 骨格筋と心筋のタンパク質複合体システムとしての温度応答の妙2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木 団
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 招待講演
  • [備考] 骨格筋はわずかな温度の変化を敏感に感じてパフォーマンスを向上させる!

    • URL

      https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2023/20231024_2

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公開日: 2024-12-25  

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