Development of polarization-dependent fluorescence correlation spectroscopy for initial process analysis of protein aggregation

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K07312
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2018); Hokkaido University (2016-2017)
• Principal Investigator: Yamamoto Johtaro 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (20585088)
• Research Collaborator: Kitamura Akira
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 蛍光計測 / 蛍光相関分光法 / タンパク質凝集 / 動態計測 / 拡散

Outline of Final Research Achievements

In this work, we developed a polarization-dependent fluorescence correlation spectroscopy (Pol-FCS), which analyzes translational and rotational diffusion of molecules such as proteins. Size measurement of molecular aggregation using Pol-FCS inside living cells was successfully demonstrated. In addition, we found the Pol-FCS can also estimate orientation of molecules (ordered/disordered) and degree of macromolecular crowding. Thus, the Pol-FCS was a more powerful tool than we expected. In future, we expect the Pol-FCS will be widely used in biology such as the researches about aggregation prone proteins.

Free Research Field

生物物理学、光学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、タンパク質分子のランダムな並進移動と回転の速さを解析する計測装置（偏光蛍光相関分光装置、Pol-FCS装置）を用いることで、分子の凝集の程度や凝集している分子の方向の乱雑さを生きた細胞の中でそのまま測定できることを世界で初めて実証しました。アルツハイマー症のようにタンパク質の凝集が関連していると考えられている様々な疾患において、Pol-FCSは疾患の機序や治療法の研究の大きな手助けになります。また近年では、タンパク質をバイオ医薬品として用いられるようになっており、その凝集状態を評価可能なPol-FCSはより安定なバイオ医薬品の開発や品質管理に大きく寄与できると期待できます。