Analysis of biofunction by single molecule measurement

通过单分子测量分析生物功能

基本信息

  • 批准号:
    11794015
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.92万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for University and Society Collaboration
  • 财政年份:
    1999
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1999 至 2001
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Using our newly developed CCD camera, we observed rhodamine molecules dissolved into water under an evanescent field microscope equipped with an objective lens of NA=1. 65. The quantal bleach was captured at time resolution of 5 ms. A similar response of Rhod-2molecule was also detected. In this molecule, the brightness depended on the concentration of calcium ions in the medium. This opened a possibility that microenvironments can be monitored by a probe consisting of a single molecule. Hippocampal neurons loaded with Rhod-2 were observed at the bottom through the evanescent field microscope equipped with the new camera. We could detect Ca images at a 5-ms frame rate. Lowering the Rhod-2 concentration to one hundredths of the commonly used one, images became punctuated, and some spots of an extremely high signal/DC ratio were observed. These spotty responses could be Ca transients detected by a single Rhod-2 molecule and possibly caused by a single Ca channel. We also succeeded in observing endocytotic responses by using GFP-conjugated dynamin expressed in PC12 cells. Upon activation of the cell, dynamin translocated near to the cell membrane, and moved around beneath there as if to capture the membrane pits for endocytosis. From this result, we proposed a hypothesis, "sweeping model of dynamin," for regulation of endocytosis. We observed a shape of DNA molecules obtained from a few hippocampal neurons in culture facing an excitotoxic cell death due to glutamate application. The evanescent field microscopy reveled for the first time that the DNAs were fragmented in such an acute process of neuronal cell death. In order to overcome the problems due to the diffraction limit, we developed a new imaging technique by which an evanescent shadow is fixed on a thin film made of a photosensitive resin. Images of small vesicles in the cell could be captured.
使用我们新开发的 CCD 相机,我们在配备 NA=1 物镜的倏逝场显微镜下观察了溶解在水中的罗丹明分子。 65. 量子漂白剂以 5 毫秒的时间分辨率捕获。 Rhod-2分子也检测到类似的反应。在该分子中,亮度取决于介质中钙离子的浓度。这开启了通过由单个分子组成的探针来监测微环境的可能性。通过配备新相机的渐逝场显微镜在底部观察装载有 Rhod-2 的海马神经元。我们可以以 5 毫秒的帧速率检测 Ca 图像。将 Rhod-2 浓度降低至常用浓度的百分之一时,图像变得断断续续,并且观察到一些具有极高信号/DC 比的斑点。这些斑点响应可能是由单个 Rhod-2 分子检测到的 Ca 瞬变,并且可能由单个 Ca 通道引起。我们还通过使用 PC12 细胞中表达的 GFP 缀合动力成功观察了内吞反应。细胞激活后,动力蛋白易位到细胞膜附近,并在细胞膜下方移动,仿佛要捕获膜凹坑进行内吞作用。根据这一结果,我们提出了一个用于调节内吞作用的假设,即“动力的清扫模型”。我们观察到从培养物中的一些海马神经元获得的 DNA 分子形状,这些神经元由于谷氨酸的应用而面临兴奋性毒性细胞死亡。倏逝场显微镜首次揭示了 DNA 在神经元细胞死亡的如此剧烈的过程中被片段化。为了克服衍射极限带来的问题,我们开发了一种新的成像技术,将消逝的阴影固定在由光敏树脂制成的薄膜上。可以捕获细胞中小囊泡的图像。

项目成果

期刊论文数量(34)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Tsuboi T: "Supply of secretory granule enhanced by protein kinase C in the bovine chromaffin cell"Biochem Biophys Res Commun. 282. 621-628 (2001)
Tsuboi T:“牛嗜铬细胞中蛋白激酶 C 增强分泌颗粒的供应”Biochem Biophys Res Commun。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Kawata Y: "Non-optically probing near-field microscopy for the observation of biological living specimens,".(in press)."Applied Physics Letter. (印刷中). (2001)
Kawata Y:“用于观察生物活样本的非光学探测近场显微镜”。(正在出版)。“应用物理快报。(正在出版)。(2001 年)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Iwata F, Kobyashi K, Sasaki A, et al.: "Nanometer-scale modification of a uethane-urea copolymer film using local field enhancmenent at an apex of a metal coated probe"Nanotechnol.. 13. 138-142 (2002)
Iwata F、Kobyashi K、Sasaki A 等人:“在金属涂层探针顶点使用局部场增强对氨基甲酸酯-脲共聚物薄膜进行纳米级改性”Nanotechnol.. 13. 138-142 (2002)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Scaletter BA, Rosa P, Taverna E, et al.: "Neuronal calcium sensor-1 bidns selectively to Regulated secretory organelles and functions in basal And stimulated exocytosis in PC12 cells."J. Cell Sci.. (in press). (2002)
Scaletter BA、Rosa P、Taverna E 等人:“神经钙传感器 1 选择性地调节 PC12 细胞中的分泌细胞器和基础功能并刺激胞吐作用。”
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Scalettar BA: "Neuronal calcium sensor-l binds selectively to regulated secretory organelles and functions in basal and stimulated exocytosis in PC12 cells"J. Cell Sci.. (in press). (2002)
Scalettar BA:“神经钙传感器-1 选择性地与调节的分泌细胞器结合,并在 PC12 细胞的基础和刺激的胞吐作用中发挥作用”J。
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