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本研究は、提案する機能性色素とタグドメインの結合解離による蛍光明滅反応を利用した一分子位置決定法を基に、生きている細胞において目的分子のナノスケール動態を明らかにする超解像イメージング技術を開発することを目的とする。本年度は、前年度に開発した機能性色素・タグドメインのプロトタイプを基に、両者の結合解離特性の最適化を目的として2種類のスクリーニングを実施した。1つ目のスクリーニングとして、スキャニング変異導入法を用いた網羅的な解析を行い、タグドメインの色素結合に関わるアミノ酸について検証を行った。その結果、色素の結合が見られなくなるアラニン変異導入部位を見出し、その部位を他のアミノ酸で置換することにより、結合した機能性色素が高速に解離する変異タグドメインの同定および取得を達成した。また、2つ目のスクリーニングとして、機能性色素の構造展開を行い、合成した10種類以上の誘導体を対象としてタグドメインからの解離特性について評価した。その結果、元の機能性色素と比較して高速に解離する誘導体を見出し、さらに、先に取得した変異を導入したタグドメインと組み合わせることでより高速に解離することを明らかにした。続いて、開発した技術を生きている神経細胞に応用してイメージングの特性を評価した。タグドメインを付した標的タンパク質を発現させた神経細胞に機能性色素を負荷することで、標的タンパク質を特異的に蛍光染色することが可能であった。さらに、蛍光明滅反応を利用した一分子位置決定法により、生きている神経細胞において目的とするシナプス分子の超解像イメージングが可能であることを示した。
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