Low Frequency Raman Temperature Measurement of Biomolecules in Intracellular Nanospaces

细胞内纳米空间生物分子的低频拉曼温度测量

基本信息

批准号：
22K19286
负责人：
船津高志
金额：
$ 4.08万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19286/
关键词：
生物物理学ナノバイオ温度生物学

项目摘要

細胞が機能を発揮する上で、温度は重要な物理量である。我々は、温度感受性蛍光ポリマーを合成し、１細胞や細胞内温度を計測することを可能にした（Okabe et al., Nat. Commun. 2012）。その結果、G1期では細胞の核が細胞質より0.7℃温度が高いこと、薬剤刺激によりミトコンドリアで熱発生が起こることを明らかにした。これにより、細胞内の温度分布が世界中の研究者に意識されるようになった。しかし、現状では、温度計測の空間分解能は光の回折限界の～500 nmに留まっている。この限界を打開するため、本研究では、細胞内小器官に局在する生体分子の温度を、ラマン散乱光（アンチストークス光とストークス光）を用いて計測する技術を開発する。これにより、生体分子が活動しているナノスペースの温度を決定することを可能とする。2022年度は、まず、低周波顕微ラマン分光装置の組み立てと装置の校正を行った。次に、細胞内に導入可能であり、かつ生体分子と結合させることが可能な低周波ラマン散乱プローブの探索を行った。さらに、表面増強ラマン散乱を利用して単一分子のラマン散乱スペクトルを得る方策を検討した。その結果、蛍光色素したオリゴDNA、または蛍光色素とアミノアセトニトリルを結合させたオリゴDNAを低周波ラマン散乱プローブとして用い、これらを金ナノ粒子殻のナノメートルの空隙に閉じ込めることにより信号強度を増強することにした。本年度は、この調製法を確立した。

温度是细胞发挥其功能的重要物理量。我们合成了一种温度敏感荧光聚合物，使得测量单个细胞或细胞内部的温度成为可能（Okabe 等人，Nat. Commun. 2012）。结果显示，在G1期，细胞核比细胞质温度高0.7°C，药物刺激引起线粒体产热。因此，世界各地的研究人员已经意识到细胞内部的温度分布。然而，目前温度测量的空间分辨率仍保持在~500 nm，这是光的衍射极限。为了克服这一限制，本研究将开发一种利用拉曼散射光（反斯托克斯光和斯托克斯光）测量细胞内细胞器中生物分子温度的技术。这使得确定生物分子活跃的纳米空间的温度成为可能。 2022财年，我们首先组装了低频微型拉曼光谱仪并校准了该设备。接下来，我们寻找可以引入细胞并与生物分子结合的低频拉曼散射探针。此外，我们研究了一种利用表面增强拉曼散射获得单分子拉曼散射光谱的方法。结果，通过使用荧光染色的寡聚DNA或其中荧光染料和氨基乙腈组合的寡聚DNA作为低频拉曼散射探针并将它们捕获在金纳米颗粒的纳米尺寸空隙中，增强了信号强度我决定了。今年我们确立了这种制备方法。