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2012 Fiscal Year Annual Research Report

Spying minority in biological phenomena

Planned Research

Project AreaSpying minority in biological phenomena -Toward bridging dynamics between individual and ensemble processes-
Project/Area Number 23115004
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

石島 秋彦  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80301216)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 杤尾 豪人  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70336593)
Project Period (FY) 2011-04-01 – 2016-03-31
Keywordsバクテリア / 情報伝達 / リン酸化 / ダイヤモンドナノ粒子 / ラマン分光
Outline of Annual Research Achievements

細胞内における生体分子の化学反応は,非常に少数からなる密度の濃い状態での反応である.従って,生体内での生体分子の反応メカニズムを明らかにするためには,少数分子からなる有限時間,空間における反応を直接観察,計測し,その理論的考察まで含めた学問形態を確立する必要がある.本申請においては,高速ビデオカメラによるべん毛回転の観察法、ダイアモンドナノ粒子を用いた磁気共鳴共役蛍光観察法、細胞内ラマン分光など新規な測定方法を開発・適用することにより、細胞内外における少数分子の挙動について可能な限り定量的な情報を取得し、入力と出力との間の関係を定量的に表現し、分子間の協同性等を詳細に解析することを目論む.本研究では,これまでに構築した,ナノ計測システムとイメージングシステムを融合することにより,各モーター間の連携の様子,走化性シグナルからの情報伝達による回転の応答,外部刺激の変化による回転の応答,ケージド化合物を用いた局所的環境変化と細胞の応答との相関,遺伝情報の制御,発現の様子と回転との相関をこのマルチモーターの計測手法を用いて計測を試みる.
計測の結果,モーター間の回転方向の転換のタイミングには相関があり,さらに,そのタイミングには時間遅れが見られた.この時間遅れはモーター間の距離に依存し,極からの情報の流れが波状に細胞内を伝わって伝搬されたことを示唆する. このことは今までに報告されてはおらず,新たな発見となる.また,ケージド化合物を用いた外部刺激により,細胞の回転方向の割合(CW/(CW+CCW))が変化した.このことは,ケージド化合物による刺激により,受容体からの情報が細胞内部に発せられたことを示すものである.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

外部刺激なしでのモーター解析は順調に進行している.しかし,CW→CCW,CCW→CW,それぞれ独自の解析はまだ不十分である.また,ケージド化合物による刺激の実験も順調に進行しているが,その実験方法,解析方法はさらに考察を重ねる必要がある.
さらに,蛍光GFPを融合したCheYのイメージングに成功した.今後はこの研究も水死していく予定である.

Strategy for Future Research Activity

モーターの応答のみの解析で現在研究を進行しているが,さらなる情報を得るためには,イメージング技術との同時計測が必要となる.そのための光学設計を新たに行う必要がある.

  • Research Products

    (11 results)

All 2012

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Coordinated regulation of multiple flagellar motors by the Escherichia coli chemotaxis system.2012

    • Author(s)
      Hajime Fukuoka, Yuichi Inoue, Akihiko Ishijima
    • Journal Title

      BIOPHYSICS,

      Volume: 8 Pages: 59-66

    • DOI

      10.2142/biophysics.8.59

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Velocity-Dependent Actomyosin ATPase Cycle Revealed by In Vitro Motility Assay with Kinetic Analysis2012

    • Author(s)
      Masaaki K. Sato, Takashi Ishihara, Hiroto Tanaka, Akihiko Ishijima and Yuichi Inoue
    • Journal Title

      Biophysical Journal,

      Volume: 103 Pages: 711-718

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2012.07.014

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pico calorimeter for detection of heat produced in an individual brown fat cell.2012

    • Author(s)
      Naoki Inomata, Masaya Toda, Masaaki Sato, Akihiko Ishijima, and Takahito Ono
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett

      Volume: 100 Pages: 1541041-1541044

    • DOI

      10.1063/1.3701720

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 単一バクテリア上の複数モーター回転の同時計測による情報伝達機構の解明2012

    • Author(s)
      石島 秋彦
    • Organizer
      第35回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      日本,名古屋
    • Year and Date
      2012-12-11 – 2012-12-14
    • Invited
  • [Presentation] Local heating of kinesin motors on carbon nanotubes2012

    • Author(s)
      Mitsunori Nagata, Akihiko Ishijima
    • Organizer
      日本生物物理学会名古屋年会
    • Place of Presentation
      日本,名古屋
    • Year and Date
      2012-09-22 – 2012-09-24
  • [Presentation] Measurement of cellular response of single E. coli to the photoreleased serine2012

    • Author(s)
      Takashi Sagawa, Hajime Fukuoka , Yuichi Inoue , Hiroto Takahashi, Takahiro Muraoka , Kazushi Kinbara , Akihiko Isjijima
    • Organizer
      日本生物物理学会名古屋年会
    • Place of Presentation
      日本,名古屋
    • Year and Date
      2012-09-22 – 2012-09-24
  • [Presentation] Propagation of intracellular signaling molecule in the presence and absence of polar localization of CheZ in a single E. coli cell2012

    • Author(s)
      Hajime Fukuoka, Takashi Sagawa , Yuichi Inoue , Hiroto Takahashi, Akihiko Ishijima
    • Organizer
      日本生物物理学会名古屋年会
    • Place of Presentation
      日本,名古屋
    • Year and Date
      2012-09-22 – 2012-09-24
  • [Presentation] Quantitative analysis of heat production of brown adipocytes using bimetal cantilever2012

    • Author(s)
      Masaaki Sato, Masaya Toda, Naoki Inomata, Yuichi Inoue, Takahito Ono, Akihiko Ishijima
    • Organizer
      日本生物物理学会名古屋年会
    • Place of Presentation
      日本,名古屋
    • Year and Date
      2012-09-22 – 2012-09-24
  • [Presentation] Simultaneous observation of the rotation of flagellar motor and GFP-labeled stator unit in a functioning flagellar moto2012

    • Author(s)
      Mizuki Nakajima, Hajime Fukuoka, Yuichi Inoue, Hiroto Takahashi, Akihiko Ishijima
    • Organizer
      日本生物物理学会名古屋年会
    • Place of Presentation
      日本,名古屋
    • Year and Date
      2012-09-22 – 2012-09-24
  • [Presentation] Thermal response of myosin motors on single carbon nanotubes2012

    • Author(s)
      Mitsunori Nagata Hiroshi Matsutaka , Takeru Okada , Akihiko Ishijima, Yuichi Inoue
    • Organizer
      日本生物物理学会名古屋年会
    • Place of Presentation
      日本,名古屋
    • Year and Date
      2012-09-22 – 2012-09-24
  • [Presentation] 複数べん毛モーターの同時計測による,大腸菌細胞内シグナル伝達の計測2012

    • Author(s)
      福岡 創,佐川貴志,高橋泰人,井上裕一,石島秋彦
    • Organizer
      第 9 回 21 世紀大腸菌研究会
    • Place of Presentation
      日本,長浜
    • Year and Date
      2012-06-21 – 2012-06-22

URL: 

Published: 2018-02-02  

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