時空間相関イメージングによる細胞内遺伝子デリバリー機構の全容解明

通过时空相关成像完整阐明细胞内基因传递机制

• 批准号: 19K06590
• 负责人: 佐々木 章
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K06590/
• 关键词: 画像相関分光法; 顕微鏡ベンチマーク; 定量イメージング; 蛍光相関解析; 遺伝子デリバリー

本研究では、レーザー共走査型共焦点顕微鏡のタイムラプス測定画像(生データ)を取得し、分子拡散由来のシグナル(蛍光強度揺らぎ)とオルガネラ等の構造体の シグナルを分離した状態において、画像相関法等を用いて、通常のイメージングにおける蛍光強度分布の情報に加えて、共局在度、構造体の移動方向、核酸分子 の分解度、 DNA認識タンパク質との相互作用、分子数、複合体形成のような高次情報を抽出し、さらにそれらの情報を統合することを目的としている。 また、細胞内に導入されたDNA分子の分解をターゲットとし分解に関与する因子の同定や機能解明を目指している。 昨年度は時空間相関イメージングの基礎となる画像相関法の基盤技術の検討を行った。具体的には、画像相互相関法(Image cross-correlation spectroscopy) の原理により、画像の共局在性を定量的に解析する方法について検討した。試料として、任意の距離を隔てて2色で蛍光標識されたDNAオリガミ分子を設計し、 標識間の相関を定量化して2色間の共局在性を判別する技術を構築した。画像相関を実施する際に必須となる、顕微鏡の正しい調整やキャリブレーションに使用する標準試料に関する情報をまとめた総説論文を発表した。また、本技術をDNAのみならず細胞内のRNAに展開していくための技術として、蛍光アプタマーを活用 した蛍光相関解析の検討を行った。蛍光RNAアプタマーであるBroccoliと蛍光基質(DFHBI-1T)の結合解離やそれによる蛍光強度の増大、蛍光相関測定への適用 における基本的性質の検証などを行い、論文成果を得た。今年度は、画像相関の技術開発を継続するとともに、その基礎技術が顕微鏡のハードウェア性能などを定量評価することに適していることを見出し、招待講演並びにCommentary論文を発表した。

In this study, the aim is to acquire time-lapse measurement images (raw data) of laser co-scanning confocal microscopes, and to separate signals from molecular diffusion from structures such as organelle, the signal of fluorescent intensity distribution in normal imaging, using image correlation methods, etc., to extract high-order information such as colocalization, direction of movement of structures, degree of degradation of nucleic acid molecules,与DNA识别的蛋白质，分子数量和复杂形成的相互作用，并进一步整合这些信息。此外，该公司旨在确定与降解有关的因素，并阐明引入细胞中引入的DNA分子的功能。去年，我们研究了图像相关方法的基本技术，这是时空相关成像的基础。具体而言，我们研究了一种基于图像互相关原理定量分析图像共定位的方法。作为样品，设计了一种在任意距离上以两种颜色标记的DNA折纸分子，并构建了一种技术来量化标签之间的相关性，以确定两种颜色之间的共定位。我们发表了一份评论论文，该论文总结了有关用于正确调整和校准显微镜的标准样本的信息，这在执行图像相关性时至关重要。此外，作为将该技术部署到DNA的技术，而且还向细胞内的RNA部署，我们使用荧光适体研究了荧光相关分析。通过进行荧光RNA适体西兰花和荧光底物（DFHBI-1T）的结合解离，并验证荧光强度的增加，并验证应用于荧光相关测量值的基本特性。今年，他们继续开发图像相关技术，发现基本技术适合对显微镜硬件性能的定量评估，并介绍了受邀的讲座和评论论文。

项目成果

Fluorescence correlation methods for standardization of confocal fluorescence microscopy images

用于标准化共焦荧光显微镜图像的荧光相关方法

• 发表时间: 2022
• 作者: Akira Kawanabe;Maki Takata and Yuichiro Fujiwara;Sasaki Akira
• 通讯作者: Sasaki Akira

Toward traceable quantitative fluorescence microscopy - Benchmarking microscope using FCS technique -

迈向可追踪定量荧光显微镜 - 使用 FCS 技术的基准显微镜 -

• 发表时间: 2022
• 作者: 辻 明宏;山下 隼人;久冨 修;阿部 真之;Sasaki Akira
• 通讯作者: Sasaki Akira

蛍光相互相関分光法による蛍光アプタマーの分子特性計測

荧光互相关光谱法测量荧光适体的分子特性

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐々木章;古旗祐一
• 通讯作者: 古旗祐一

Recent advances in the standardization of fluorescence microscopy for quantitative image analysis

• DOI: 10.1007/s12551-021-00871-0
• 发表时间: 2022-02-01
• 期刊: BIOPHYSICAL REVIEWS
• 作者: Sasaki, Akira

Monitoring Molecular Properties of a Fluorescence Light-Up Aptamer Using Fluorescence Cross-Correlation Spectroscopy

使用荧光互相关光谱监测荧光发光适体的分子特性

• DOI: 10.3390/app12042002
• 发表时间: 2022
• 期刊: Applied Sciences
• 作者: Furuhata Yuichi;Sasaki Akira
• 通讯作者: Sasaki Akira