発光細菌の同期的発光挙動から演繹される生体の対酸化ストレス緩和メカニズムの導出

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23654148
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生物物理・化学物理
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 柄谷 肇 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 教授 (10169659)
• 連携研究者: 田嶋 邦彦 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 教授 (50163457) ; 川上 肇 龍谷大学, 理工学部・電子情報学科 (60298734)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• キーワード: 生物物理 / 生物発光 / 好気的代謝 / 酸化ストレス / 酸化的リン酸化 / 活性酸素種

研究概要

発光細菌および新規に作製した生物発光大腸菌をミトコンドリア（MT）モデルとして、酸化ストレス応答を動的な発光パターンから解析した。また真核細胞MTにおいて酸化ストレスのトリガーとなる活性酸素種（ROS）の生細胞蛍光可視化を行った。ROSの可視化では酵母をモデル真核細胞とし、MT選択配列を融合した発光細菌由来黄色蛍光タンパク質コード遺伝子を駆使した。
コロニー発光パターンの解析から、MTモデルとしての原核細胞は集団同期的に酸化ストレスを緩和していることが示唆された。またMTにおけるROSの可視化より、ROSの生成消滅と共に酸化ストレス条件下のMTが自己組織化的に集合することが可視化された。

研究成果

• [雑誌論文] Visualization of mitochondria in living cells with genetically encoded yellow fluorescent protein originating from a yellow-emitting luminous bacterium (2013)
  • 著者名/発表者名: Hajime Karatani, Yuki Namikawa, Naomi Mori, Y.ukihiro Nishikawa, Saki Imai, Yutaka Ihara, Aya Kinoshita, Kengo Kitadokoro, Hiroshi Oyama
  • 雑誌名: Photochem. Photobiol. Sci. 巻: 12 ページ: 944-956
  • DOI: 10.1039/c3pp2536k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibrio azureus emit blue-shifted light via an accessory blue fluorescent protein (2012)
  • 著者名/発表者名: Susumu Yoshizawa, Hajime Karatani, Minoru Wada, Kazuhiro Kogure
  • 雑誌名: FEMS Microbiology Lett. 巻: 329 ページ: 61 - 68
  • DOI: 10.1111/j.1574-6968.2012.02507.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of protein-like fluorophores released from Lake phytoplankton on the basis of fractionation and electrophoresis (2012)
  • 著者名/発表者名: Etsu Yamada, Takaaki Hiorta, Naoko Hatori, Yuuki Kitao, Yasuro Fuse, Shinichi Aoki, Hajime Karatani, Toshiro Matsunaga
  • 雑誌名: Anal. Sci 巻: 28 ページ: 595-600
  • DOI: 10.2116/analsci.28.595
  • 査読あり
• [雑誌論文] 刺激応答性微生物コロニー発光パターンの時空間画像処理 (2011)
  • 著者名/発表者名: 服部謙作, 柄谷肇, 川上肇
  • 雑誌名: 電子情報通信学会信学技報 (IEICE Technical Report) 巻: 111 ページ: 11 - 16
• [雑誌論文] Dynamic flash of light pattern on a luminous colony induced by oxygenation
  • 著者名/発表者名: Hajime Karatani, Hajimu Kawakami, Yukihiro Nishikawa
  • 雑誌名: Journal of Luminescence 巻: (in press)
• [学会発表] Bioluminescence and Chemiluminescence (2014)
  • 著者名/発表者名: Hajime Karatani, Hajimu Kawakami, Yukihiro Nishikawa
  • 学会等名: The 18th International Symposium
  • 発表場所: Uppsala, Sweden
  • 年月日: 20140623-28
• [学会発表] 形質転換生物発光大腸菌コロニーの発光パターンに及ぼす酸素化学種の効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柄谷肇, 川上肇
  • 学会等名: 第94回日本化学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学, 愛知県
  • 年月日: 2014-03-27
• [学会発表] 発光細菌由来レドックス蛍光タンパク質による活性酸素種の生細胞可視化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柄谷肇, 山下朋也, 森奈穂美, 並川由紀, 伊原裕, 増田遥平, 尾山廣, 竹谷茂
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: 横浜パシフィコ
  • 年月日: 2013-09-12
• [学会発表] Bacterial fluorescent proteins as probes for reactive oxygen species in living cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Hajime Karatani, Tomoya Yamashita, Naomi Mori, Yuki Namikawa, Saki Imai, Yukihiro Nishikawa, Hiroshi Oyama, Shigeru Tketani
  • 学会等名: 15th Congress of the European Society for Photobiology (ESP2013)
  • 発表場所: Liège Congress Centre, Liège, Belgium
  • 年月日: 2013-09-06
• [学会発表] 発光細菌由来青色蛍光タンパク質に基づく酸化ストレスの蛍光イメージング (2012)
  • 著者名/発表者名: 柄谷肇, 森奈穂美, 山下朋也, 並川由紀, 北所健悟, 竹谷茂
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場, 福岡県
  • 年月日: 2012-12-15
• [学会発表] Visualization of mitochondria in living cells using a redox yellow fluorescent protein with a mitochondrial targeting signal (2012)
  • 著者名/発表者名: Hajime Karatani, Yuki Namikawa, Naomi Mori, Yutaka Ihara, Kengo Kitadokoro, Hiroshi Oyama
  • 学会等名: 36th Meetings of the American Society for Photobiology (ASP2012)
  • 発表場所: Delta Center-Ville, Montreal, Canada
  • 年月日: 2012-06-25
• [学会発表] Effect of oxygen stimulation on dynamic bioluminescence pattern on luminous colony (2012)
  • 著者名/発表者名: Hajime Karatani, Hajimu Kawakami
  • 学会等名: 36th Meetings of the American Society for Photobiology (ASP2012)
  • 発表場所: Delta Center-Ville, Montreal, Canada
  • 年月日: 2012-06-23
• [学会発表] 刺激応答性微生物コロニー発光パターンの時空間画像処理 (2011)
  • 著者名/発表者名: 服部謙作, 柄谷肇, 川上肇
  • 学会等名: ME とバイオサイバネティックス(MBE2011)
  • 発表場所: 名古屋工業大学, 愛知県
  • 年月日: 2011-11-20