2017 Fiscal Year Annual Research Report
細胞内外における局所温度の最先端計測技術の開発と実践
| Project Area | Integrative understanding of biological phenomena with temperature as a key theme |
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| Project/Area Number |
15H05931
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
原田 慶恵 大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (10202269)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡部 弘基 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (20455398)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 生物物理 / 細胞内温度計測 / 蛍光寿命イメージング / 蛍光性温度センサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、これまでに発見した細胞内局所温度変化の生成機構の理解と生理的意義を解明することを目的としている。これを達成するために、多数の培養細胞における温度計測や異なる細胞間における温度の比較法、神経細胞を含む種々の細胞内の温度分布を定量的に観察するシステムを開発した。これにより、神経細胞における温度イメージングに成功した。また、細胞内の局所を人工的に加熱する方法を神経細胞に応用するとともに、細胞内温度シグナリングの分子機構の解明に応用した。これらの検討において、実際に細胞内局所温度操作による細胞応答の観察に成功した。今後の温度シグナリングの分子機構の解明や生理的意義の解明へ発展させる予定である。
また、新学術領域内研究者との共同研究を進めるため、種々細胞内における温度イメージング法の開発や細胞内分子と温度の同時イメージング法の開発を行った。
さらに、これまでに開発された細胞内温度計測に適応可能な蛍光性温度センサーとその応用例をまとめた総説論文を執筆した。上記の技術開発と合わせて今後の細胞内温度研究の推進に貢献することが期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
まず、細胞膜透過型蛍光性ポリマー温度センサー（FPT）を用いることにより、多数の細胞内における温度可視化法を開発した。次に、神経細胞内における温度のイメージング法を確立するため、神経様細胞PC12の分化誘導と分散培養神経細胞に対し、膜透過型FPTと蛍光寿命イメージング顕微鏡法（FLIM）を応用することで、神経細胞内における温度イメージング法を開発した。確立した温度計測法を用いて神経様細胞の分化誘導や神経細胞に特徴的な構造体形成における細胞内温度変動の影響を検討した。この結果、他の培養細胞と共通した温度分布の特徴に加えて、神経細胞特異的な温度変動を発見した。さらに、新学術領域内研究者との共同により線虫個体、ニワトリ脊髄後根神経節、マウス脳スライスにおける細胞内温度イメージング法の開発に着手した。これまでに、これらの組織にFPTを導入する方法を確立し、蛍光寿命イメージングを達成した。また、導入したFPTの応答性が確認できたことから、これらの組織レベルにおける温度イメージングが可能となった。
また、細胞内温度シグナリングを検討するために、これまでに開発したレーザー光を用いた細胞の任意の場所を定量的に加熱する方法と神経細胞内における温度計測法を組み合わせることで、定量的な加熱法を構築した。この結果、細胞内局所温度操作による神経細胞の応答を発見した。続いて、これまでに解明した細胞内温度シグナリングであるストレス顆粒（SG）形成について、その分子機構を解明するため、SG構成分子の一分子直接観察法を確立した。これを用いてSG形成時のmRNAの動態の変化およびSG形成時の細胞内局所的な発熱の動態を詳細に解析した。
さらに、新学術領域内研究者との共同研究として、局所温度操作によるTRP チャネルの活性化のための実験系構築や、ショウジョウバエ細胞内における温度イメージング法の確立を行なった。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発した多数の細胞における温度計測法や異なる細胞間の温度比較法を用いて、細胞内発熱や温度変化依存的な細胞機能に関する分子機構の探索を行う。さらに、神経細胞や脳スライスの細胞内における温度イメージング法や加熱法を引き続き改良するとともに、これらを用いて、神経細胞の機能発現における細胞内温度変動の関与を検討する。この検討では、これまでに行った神経細胞内の温度イメージングにより得られた温度変動の特徴に着目し、それらのメカニズムの解析や生理的意義の解明を行う。
さらに、細胞内における局所温度変動やそれに起因する細胞内温度シグナリングのメカニズムを解明するため、細胞内の高分子に着目し、局所加熱時の分子動態や応答を詳細に解析する。
新学術領域内研究者との連携はこれまで通り進め、これまでに開発した各試料における細胞内温度計測法の改良と応用を進める。
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Research Products
(18 results)
