Investigation the functional expression mechanisms of intracellular liquid droplets using in-cell magnetic resonance methods

利用细胞内磁共振方法研究细胞内液滴的功能表达机制

基本信息

批准号：
20H00453
负责人：
白川昌宏
金额：
$ 28.95万
依托单位：
Kyoto 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 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、生体分子の液-液相分離が形成する巨大構造体「液滴」が細胞内の生化学反応の場所、タイミングなどの制御に関わっていることが明らかになってきた。液滴はまた相変化により神経変性疾患に伴うタンパク質線維を形成する場合があることが明らかになってきた。しかし液滴の成分や形成機構についてはその多くが不明である。その解明には、既存の計測・解析手法のみでは困難である。本研究では、代表者らが開発してきたIn-cell NMR、RheoNMR、ナノ量子センサー(ODMR)などの計測技術を開発し用いることで、液滴形成と維持、相変化における物性値を明らかにすることによって細胞内での液滴形成機講の解明を目指した。液滴形成の解析手法として、特にダイヤモンドナノ粒子量子センサーの開発にとりかかった。これは、ナノダイヤモンド粒子を分子標識プローブとして用いて、光検出磁気共鳴法(ODMR)により量子センシングをする手法である。細胞内の微小空間における粘性、温度、ｐHなどの物性を10nmオーダーの空間分解能で計測し、細胞内の液滴や線維の空間分布と生成過程を明らかにする事が可能である。微小ダイヤモンド内の窒素空孔センター(NVC)をさまざまな物性パラメータの量子センサーとして計測する手法の開発として、以下の成果をあげた。NVCのスピン三重項電子を用いた室温における光超偏極技術を確立し、分散した5ナノメートル極微小ナノダイヤモンドを利用した量子センサーを開発した。加えて、ナノダイヤモンドの生体適合性向上のためのワンポット合成法を開発し、細胞内温度計測を行った。さらに、ナノダイヤモンドの表面官能基の改質、特にヒドロキシ化によるNVCのODMRコントラストの増強を達成した。

近年来，人们已经清楚“液滴”，即生物分子液-液相分离形成的巨大结构，参与控制细胞内生化反应的位置和时间。很明显，液滴也可以经历相变，形成与神经退行性疾病相关的蛋白质原纤维。然而，液滴的许多成分和形成机制尚不清楚。仅使用现有的测量和分析方法很难阐明这一点。在这项研究中，通过开发和使用代表们开发的细胞内NMR、RheoNMR和纳米量子传感器（ODMR）等测量技术，我们将阐明液滴形成、维持和相变的物理性质。因此，我们的目的是阐明细胞内液滴形成的机制。特别是，我们开始开发金刚石纳米粒子量子传感器作为分析液滴形成的方法。这是一种使用光学检测磁共振 (ODMR) 的量子传感方法，使用纳米金刚石颗粒作为分子标记探针。可以以10 nm量级的空间分辨率测量细胞内部微空间的粘度、温度、pH等物理性质，阐明细胞内部液滴和纤维的空间分布和形成过程。我们通过开发一种测量微金刚石中氮空位中心 (NVC) 的方法作为各种物理参数的量子传感器，取得了以下成果。我们建立了利用NVC中的自旋三重态电子的室温光学超极化技术，并开发了利用分散的5纳米纳米金刚石的量子传感器。此外，我们开发了一种一锅合成方法来提高纳米金刚石的生物相容性并测量细胞内温度。此外，我们通过修饰纳米金刚石的表面官能团，特别是通过羟基化，实现了NVC的ODMR对比度的增强。

项目成果

期刊论文数量（21）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Structural Insights into Methylated DNA Recognition by the Methyl-CpG Binding Domain of MBD6 from Arabidopsis thaliana

拟南芥 MBD6 的甲基 CpG 结合域对甲基化 DNA 识别的结构见解

DOI：
10.1021/acsomega.1c04917
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
4.1
作者：
Mahana Yutaka;Ohki Izuru;Walinda Erik;Morimoto Daichi;Sugase Kenji;Shirakawa Masahiro
通讯作者：
Shirakawa Masahiro

Label-free tomographic imaging of nanodiamonds in living cells

活细胞中纳米金刚石的无标记断层扫描成像

DOI：
10.1016/j.diamond.2021.108517
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
4.1
作者：
Ikliptikawati Dini Kurnia;Hazawa Masaharu;So Frederick T.;Terada Daiki;Kobayashi Akiko;Segawa Takuya F.;Shirakawa Masahiro;Wong Richard W.
通讯作者：
Wong Richard W.

『蛍光ナノダイヤモンド』と『ナノ量子センサー』

“荧光纳米金刚石”和“纳米量子传感器”

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
五十嵐　龍治
通讯作者：
五十嵐　龍治

NV中心量子センサのための広領域・広帯域マイクロ波アンテナの研究開発

以NV为中心的量子传感器的广域宽带微波天线研发

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
竹村祐輝;林寛;小野田忍;阿部浩之;大島武;谷口尚;藤原正規;森下弘樹;大木出;水落憲和
通讯作者：
水落憲和

Two-dimensional nuclear magnetic resonance spectroscopy with a microfluidic diamond quantum sensor

使用微流控金刚石量子传感器进行二维核磁共振波谱分析

DOI：
10.1126/sciadv.aaw7895
发表时间：
2019-01-09
期刊：
Science Advances
影响因子：
13.6
作者：
J. Smits;Joshua T. Damron;P. Kehayias;A. Mcdowell;Nazanin Mosavian;I. Fescenko;N. Ristoff;A. Laraoui;A. Jarmola;V. Acosta
通讯作者：
V. Acosta