Development of the next-generation high-speed AFM and detailed dynamic behavior analysis of biomolecules

下一代高速原子力显微镜的开发和生物分子的详细动态行为分析

基本信息

批准号：
20H00327
负责人：
古寺哲幸
金额：
$ 28.54万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年は、昨年度までに開発に成功していた高速振幅計測器を実用化するために、広帯域の電子回路の製作得意とする企業とともに更なる広帯域化と操作性を向上させた電子回路を共同開発した。自作したものの帯域の数倍の高速化が見込まれている。また、昨年度までに開発していた超小型高速カンチレバーの変位をより精密に計測するために、変位計測のためのレーザースポットの微小化に取り組んだ。レーザースポット径を精密に計測する手法を開発し、レーザーダイオード、コリメーションレンズ、対物レンズを検討することで、従来のスポット径の21%程度にまでスポット径を微小化することができた。さらに、昨年度までに考案していた逆伝達関数法とアクティブダンピング法を組み合わせた電子回路（共振コントローラー）では、Zスキャナーの共振周波数とQ値を一緒にコントロールできることが実証できたため特許出願を行った（特願2022-141581）。また、開発途中の次世代型高速AFMを用いて、バイオ応用研究を進めた。たとえば、慢性腎臓病や骨粗鬆症などに関与するビタミン D 代謝酵素の過剰発現を抑えるために、ビタミン D 代謝酵素とDNAアプタマーの複合体の観察に成功した（ACS applied materials & interfaces誌）。また、新規のゲノム編集タンパク質CRISPR-Cas3が、狙ったDNA配列周辺のDNAを大規模に切断する様子の直接観察に成功した（Nat. Commun.誌）。その他にも、微小管結合タンパク質であるEB1とSka1の複合体（J. Biol. Chem.誌）、アクチン結合タンパク質であるRng2がミオシンIIの運動の下げること（Life Science Alliance誌）などを明らかにした。これにより開発した顕微鏡装置の性能を示すとともに、生物学的に意義深い新知見を得ることができた。

今年，为了将我们去年成功开发的高速振幅测量装置商业化，我们将与一家专门制造宽带电子电路的公司合作，开发出具有更宽带宽和更高可操作性的电子电路。。预计带宽将比自制版本快数倍。此外，为了更精确地测量我们去年开发的超小型高速悬臂梁的位移，我们致力于位移测量激光点的小型化。通过开发一种精确测量激光光斑直径的方法并检查激光二极管、准直透镜和物镜，我们能够将光斑直径减小到传统光斑直径的约 21%。此外，我们还成功证明了我们去年设计的结合了逆传递函数法和主动阻尼法的电子电路（谐振控制器）可以同时控制Z扫描仪的谐振频率和Q值，因此我们提交了专利申请（专利申请2022-141581）。我们还利用目前正在开发的下一代高速AFM进行了生物应用研究。例如，为了抑制与慢性肾病和骨质疏松症有关的维生素D代谢酶的过度表达，我们成功观察到了维生素D代谢酶和DNA适体之间的复合物（ACS应用材料和界面）。我们还成功地直接观察了新型基因组编辑蛋白 CRISPR-Cas3 如何大规模切割目标 DNA 序列周围的 DNA (Nat. Commun.)。其他发现包括微管结合蛋白 EB1 和 Ska1 之间的复合物（J. Biol. Chem.），以及肌动蛋白结合蛋白 Rng2 减少了肌球蛋白 II 的运动（生命科学联盟）。因此，我们能够展示所开发的显微镜设备的性能并获得新的具有生物学意义的发现。

项目成果

期刊论文数量（84）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Self- and Cross-Seeding on α-Synuclein Fibril Growth Kinetics and Structure Observed by High-Speed Atomic Force Microscopy

通过高速原子力显微镜观察α-突触核蛋白原纤维生长动力学和结构的自播种和交叉播种

DOI：
10.1021/acsnano.0c03074
发表时间：
2020
期刊：
ACS Nano
影响因子：
17.1
作者：
Takahiro Watanabe-Nakayama;Maika Nawa;Hiroki Konno;Noriyuki Kodera;Toshio Ando;David B Teplow;Kenjiro Ono
通讯作者：
Kenjiro Ono

相分離生物学の全貌（現代化学増刊46)、「66 高速原子間力顕微鏡」を古寺哲幸、今井大達で執筆

相分离生物学的完整概述（现代化学特别版46），“66高速原子力显微镜”作者：Tetsuyuki Furudera和Daitatsu Imai