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2015 年度 実績報告書

高速バイオAFMが拓く新構造生物学

研究課題

研究課題/領域番号 24227005
研究機関金沢大学

研究代表者

安藤 敏夫  金沢大学, 数物科学系, 教授 (50184320)

研究期間 (年度) 2012-05-31 – 2017-03-31
キーワード構造生物 / 1分子計測・操作 / バイオイメージング / タンパク質 / 細胞 / 走査プローブ顕微鏡 / ダイナミクス
研究実績の概要

平成27年度における本プロジェクトの研究実施内容と成果は以下の通り。

①タンパク質分子の機能動態撮影:本プロジェクトの開始以来、この課題はかなり進展したことから、次に取り組むべき試料系を開拓しつつ、観察実験を進めてきた。具体的には、膜孔形成毒素、種々の機能を有する天然変性タンパク質、酸化還元酵素、分子シャペロンなどである。膜孔形成毒素のひとつについては、成果を論文に発表した。天然変性タンパク質で見出した天然変性領域に関する一般則とその応用の成果を投稿し、現在審査段階にある。H27年度に投稿予定であったインターラクティブ高速AFMをミオシンVに適用して得られた画期的な成果については、論文執筆を継続中である。膜孔形成毒素、酸化還元酵素、Rett症候群に関係する天然変性タンパク質については、H28年度中に投稿予定である。
②細胞などの大きな系で起こる動態を観察するための技術開発:高速・広域走査技術が確立した。探針走査型高速AFMの開発については、最適なカンチレバー固定法を見出し、論文として発表した。探針走査型高速AFMに組み込み可能な高速・広域スキャナーを完成させた。いくつかのタンパク質や細胞系で探針走査型高速AFMの性能を確認した。但し、カンチレバーのXY走査をトラッキングするシステムに一部誤設計があったため、その修正作業を進め、H28年度前半で完了予定である。
③高速SICMの開発:イオン電導計測の高速化と低ノイズ化、ガラスキャピラリーを高速走査可能なスキャナーの開発が進んだため、試作装置全体を組み上げた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

1. 試料ステージ走査方式の高速AFMを活用したタンパク質のダイナミクス観察と機能解明は既にかなり多くの系で進んでおり、当初の予定より進展している。
2. カンチレバーのXY走査をトラッキングする光学系に一部誤設計があったものの、探針走査型高速AFMはほぼ確立したと言ってよい。その結果、当初の計画になかった機能拡張の研究にも着手できるようになった。
3. 当初の予定になかったインターラクティブ高速AFMにより、ミオシンVに加え新たに酸化還元酵素についても意義ある応用研究を行うことができた。
4. 高速SICMを実現するための要素技術をほぼ確立させ、試作機の製作が完了し、性能実証のための観察実験を進める段階に達した。

今後の研究の推進方策

(1) H28年度(本プロジェクトの最終年度)
①タンパク質の動態観察:分離精製したタンパク質分子系の高速AFM観察及びインターラクティブ高速AFM観察の成果の内、未発表部分の多くを論文として発表する。
②広域・高速走査可能な高速AFM:広域走査可能な高速AFMを外膜が極めて柔らかいミトコンドリアに適用したとろこ、電位依存性チャネルの像を得ることができた。当初の技術的目的を達成したと言える。但し、走査条件によっては、外膜、或いは、外膜、内膜とも壊れることもあった。この破壊を逆に利用して内部の構造を観察可能か検討する。
③探針走査型高速AFM:既に完成間近であり、次年度(最終年度)前半に完成させる。
④高速SICM:試作機で性能実証のための観察研究を進めつつ、最終年度内に本格利用可能な装置全体を完成させる。
(2) 最終年度以降:①探針走査型高速AFMの応用研究として、膜を取り去った細胞やミトコンドリアの内部構造とその動態の観察、ニューロン(特にスパイン)の刺激への構造応答など、新しい研究に取り組む、②探針走査型高速AFMは他の技術との融合が可能なことから、機能拡張とともに、従来の高速AFMでは不可能であったイオンチャネルやタンパク質輸送膜タンパク質系の動態観察に道を拓く、③高速SICMの走査速度は飛躍的に向上したものの、空間分解能に未だ限界があることから、ガラスキャピラリー先端に更にナノ加工を施すなどして、空間分解能をAFMに匹敵するレベルにまで上げる、といったことを検討している。

  • 研究成果

    (40件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 8件、 招待講演 14件) 図書 (1件) 備考 (4件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] Aix-Marseille University(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Aix-Marseille University
  • [国際共同研究] State University of Milano-Bicocca(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      State University of Milano-Bicocca
  • [国際共同研究] Mahidol University,(タイ)

    • 国名
      タイ
    • 外国機関名
      Mahidol University,
  • [国際共同研究] Colorado State University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Colorado State University
  • [国際共同研究] Vanderbilt University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Vanderbilt University
  • [雑誌論文] Functional extension of high-speed atomic force microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      T. Uchihashi, H. Watanabe, S. Fukuda, M. Shibata and T. Ando
    • 雑誌名

      Ultramicroscopy

      巻: 160 ページ: 182-196

    • DOI

      10.1016/j.ultramic.2015.10.017

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Potential pre-pore trimer formation by the Bacillus thuringiensis mosquito-specific toxin: Molecular insights into a critical prerequisite of membrane-bound monomers2015

    • 著者名/発表者名
      W. Sriwimol, A. Aroonkesorn, S. Sakdee, C. Kanchanawarin, T. Uchihashi, T. Ando and Chanan Angsuthanasombat
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 290 ページ: 20793-20803

    • DOI

      10.1074/jbc.M114.627554

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Method of mechanical holding of cantilever chip for tip-scan high-speed atomic force microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      S. Fukuda, T. Uchihashi, T. Ando
    • 雑誌名

      Rev. Sci. Instrum.

      巻: 86 ページ: 063703 1-7

    • DOI

      10.1063/1.4922381

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] High-speed force microscopy to watch nanoscale dynamics2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ando, N. Kodera & T. Uchihashi
    • 学会等名
      6th Multifrequency AFM Conference
    • 発表場所
      Madrid, Spain
    • 年月日
      2016-03-30 – 2016-04-01
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] タンパク質の動態を可視化する高速AFM2016

    • 著者名/発表者名
      安藤敏夫
    • 学会等名
      第2回生物構造学研究会
    • 発表場所
      研究社英語センター会議室、飯田橋、東京
    • 年月日
      2016-03-10 – 2016-03-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural and functional analyses of IDPs by high-speed AFM imaging2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ando & N. Kodera
    • 学会等名
      Sub-group meeting of intrinsically disordered proteins at the Biophysical Society 60th annual meeting
    • 発表場所
      Los Angeles USA
    • 年月日
      2016-02-27 – 2016-02-27
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Watching dynamic phenomena occurring in liquids at the nanometer scale by using high-speed atomic force microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ando
    • 学会等名
      Seminar at Technion
    • 発表場所
      Technion, Haifa, Israel
    • 年月日
      2016-02-24 – 2016-02-24
    • 招待講演
  • [学会発表] Keynote speech "Nano-visualization of biomolecules in dynamic action by high-speed atomic force microscopy"2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ando
    • 学会等名
      Nano Israel 2016
    • 発表場所
      Tel Aviv University, Tel Aviv Israel
    • 年月日
      2016-02-22 – 2016-02-23
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High-speed AFM imaging of protein molecules in dynamic action2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ando, T. Uchihashi, N. Kodera & D. Yamamoto
    • 学会等名
      XVII Linz Winter Workshop
    • 発表場所
      Johannes Kepler University Linz, Linz Austria
    • 年月日
      2016-01-29 – 2016-02-01
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Direct visualization of protein molecules in dynamic action by high-speed atomic force microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      T. Ando
    • 学会等名
      The 25th Hot Spring Harbor Internationl Symposium
    • 発表場所
      Kyushu University, Fukuoka Japan
    • 年月日
      2015-11-13 – 2015-11-14
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Direct visualization of protein molecules in dynamic action by high-speed atomic force microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      T. Ando
    • 学会等名
      JST CREST-PREST Jouint International Symposium
    • 発表場所
      Univ. of Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-11-05 – 2015-11-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High-speedd AFM observation of membrane pore formation by streptolysin O2015

    • 著者名/発表者名
      H. Ariyama, N. Kodera, T. Ando
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13 – 2105-09-15
  • [学会発表] Motor mechanism of myosin VI studied by high-speed AFM2015

    • 著者名/発表者名
      S. Sano, N. Kodera, D. Shafer, H. L. Sweeney, T. Ando
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
  • [学会発表] Observation of conformational changes of rotorless V1-ATPase using high-speed atomic force microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      M. Imamura, K. Nakamoto, T. Uchihashi, T. Murata, T. Ando
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
  • [学会発表] Direct observation of dynamic ction in DNA gyrase by high-speed AFM2015

    • 著者名/発表者名
      D. Noshiro, N. Kodera, T. Ando
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
  • [学会発表] Development of high-speed scanning ion conductance microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      S. Watanabe, T. Ando
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
  • [学会発表] High-speed AFM imaging of dynamics of dynamin 1-cortatin and dynamin 1-amphiphysin complexes2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Kumagai, T. Takkeda, T. Uchihashi, T. Abe, K. Takei, T. Ando
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
  • [学会発表] Structural dynamics of E-coli MukB captured by HS-AFM2015

    • 著者名/発表者名
      H. Yoneda, .K. Yano, N. Kodera, K. Yagi, H. Niki, T. Ando
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
  • [学会発表] "Live-cell imaging of long-tip high-speec atomic force microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      M. Shibata, T. Uchihashi, T. Ando, R. Yasuda
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
  • [学会発表] Improvement of tip-scan HS-AFM for live-cell imaging2015

    • 著者名/発表者名
      S. Yamanaka, H. Watanabe, T. Uchihashi, T. Ando
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
  • [学会発表] Development of temperature controlled high-speed AFM and observation of thermus Thermophilus FliI2015

    • 著者名/発表者名
      K. Adachi, T. Uchihashi, .K. Imada, K. Yokoyama, T. Ando
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
  • [学会発表] Principle of force generation in myosin V illustrated by high-speed AFM2015

    • 著者名/発表者名
      N. Kodera, T. Uchihashi, T. Ando
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
  • [学会発表] Structural flexibility and chaperone activity of ClipB observed by high-speed AFM2015

    • 著者名/発表者名
      T. Uchihashi, Y. Watanabe, R. Iino, T. Ando
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
  • [学会発表] High-speed atomic force microscopy for observing biological molecules in dynamic action2015

    • 著者名/発表者名
      T. Ando
    • 学会等名
      2015 NIMS Conference
    • 発表場所
      Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2015-07-14 – 2015-07-16
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ダイナミックに動作中のタンパク質分子を直接可視化する高速AFM2015

    • 著者名/発表者名
      安藤敏夫
    • 学会等名
      第15回日本蛋白質科学会年会 ワークショップ
    • 発表場所
      あわぎんホール、徳島
    • 年月日
      2015-06-24 – 2015-06-26
    • 招待講演
  • [学会発表] Plenary talk, "High-speed AFM for nano-visualization of dynamic processes"2015

    • 著者名/発表者名
      T. Ando
    • 学会等名
      The Nano TR11 Conference
    • 発表場所
      Middle East Technical University, Ankara, Turkey
    • 年月日
      2015-06-22 – 2015-06-25
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] タンパク質分子の構造・機能動態を活写する高速AFM2015

    • 著者名/発表者名
      安藤敏夫
    • 学会等名
      大阪大学蛋白質研究所セミナー
    • 発表場所
      大阪大学蛋白質研究所
    • 年月日
      2015-06-18 – 2015-06-18
    • 招待講演
  • [学会発表] 特別講演「生体分子・細胞を活写する高速AFM」2015

    • 著者名/発表者名
      安藤敏夫
    • 学会等名
      新学術領域研究「運動超分子が織りなす調和と多様性」第3回領域全体会議プログラム
    • 発表場所
      金沢商工会議所会館ホール
    • 年月日
      2015-06-10 – 2015-06-12
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体分子の構造・動作を活写する高速AFM2015

    • 著者名/発表者名
      安藤敏夫
    • 学会等名
      名古屋大学大学院マイクロ・ナノ工学研究科
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2015-05-14 – 2015-05-14
    • 招待講演
  • [図書] "High-speed Atomic Force Microscopy", Chapter 22, pp.481-518 in Noncontact Atomic Force Microscopy Vol.32015

    • 著者名/発表者名
      T. Uchihashi, N. Kodera, T. Ando,
    • 総ページ数
      527
    • 出版者
      Springer
  • [備考] バイオAFM先端研究センター

    • URL

      http://www.se.kanazawa-u.ac.jp/bioafm_center/j/index.htm

  • [備考] Welcome to Kanazawa Biophysics Lab

    • URL

      http://www.s.kanazawa-u.ac.jp/phys/biophys/

  • [備考] 金沢大学 生物物理学研究室へようこそ

    • URL

      http://www.s.kanazawa-u.ac.jp/phys/biophys/index_J.htm

  • [備考] Bio-AFM Frontier Research center

    • URL

      http://www.se.kanazawa-u.ac.jp/bioafm_center/index.htm

  • [産業財産権] プローブ走査機構, プローブ走査装置および走査型プローブ顕微鏡2015

    • 発明者名
      渡辺信嗣, 安藤敏夫
    • 権利者名
      金沢大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2015-229108
    • 出願年月日
      2015-11-24

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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