ミリ秒の高時間分解能を持つ新しい蛍光顕微解析系の開発

开发具有毫秒级高时间分辨率的新型荧光显微镜分析系统

• 批准号: 16687006
• 负责人: 西坂 崇之
• 金额: $ 19.14万
• 依托单位: Gakushuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16687006/
• 关键词: 1分子ナノ計測; バイオイメージング; 蛋白質の構造; 分子マニピュレーション; 1分子生理学; 光学顕微鏡; 分子モーター; F_1ATPase; F_1-ATPase; 蛋白質分解酵素

本研究課題の最終目標は、蛋白質1分子の構造が変化する時の情報を、ミリ秒という高い時間分解能で画像化することであった。本研究期間中に、装置の基本概念に関する3件の特許出願を行い、そのうち2件が基礎研究に応用が可能であることを実施例を通して示すことができた。主な研究成果を以下にあげる。(1)高速カメラを用い、粒子の位置をサブミリ秒の分解能で3次元的に追跡する実験手法を開発した。さきがけ研究(JST)で独自に開発した技術(特願2005-197049「3次元位置観測方法及び装置」)に、粒子を低ノイズかつ高速で撮影する手法を加えたもので、現在1.4ナノメートルの位置決定能を実現している。第51回米生物物理学会等で報告。(2)まだミリ秒の分解能には満たないものの、蛋白質のサブユニットの動きを3次元的に観測することに成功した。試料は回転分子モーターF_1-ATPaseであり、この蛋白の中のγサブユニットはATPを分解するエネルギーにより一方向に回転する。この正確な回転平面を、個々の分子を対象にして決定し、軸の倒れを正確に見積もることができた。第44回生物物理学会年会等で報告。今後は蛋白質の3次元の構造変化について、装置系と観察する試料と改良を加え、ミリ秒の分解能を達成するべく様々な手法を総合的に開発する。また独自の顕微鏡技術の応用として、異なるテーマを進めている他の研究者と積極的に交流を進めており、これら共同研究からの新しい結果も期待される。特に大阪市立大の宮田真人教授、東大新領域の田口英樹助教授、情報通信研究機構との大岩和弘グループリーダーとの共同研究は活発である。光ピンセットや3次元顕微鏡等を用い、細胞運動、細胞内の蛋白の可視化、リニア分子モーターの挙動など、様々な分野に新しい研究手法を発展させることに成功した。

该研究项目的最终目标是在单个蛋白质分子的结构发生变化时以毫秒级的高时间分辨率对信息进行成像。在本次研究期间，我们提交了三项与该设备基本概念相关的专利申请，并通过实例证明其中两项可以应用于基础研究。主要研究成果如下。 (1) 我们开发了一种使用高速相机以亚毫秒分辨率三维跟踪粒子位置的实验方法。它是由PRESTO Research（JST）最初开发的技术（专利申请号2005-197049“三维位置观测方法和装置”），是一种以高速、低噪声拍摄粒子来实现定位的方法。能力。在美国生物物理学会第 51 届年会上报告。 (2)虽然分辨率仍低于毫秒分辨率，但我们成功地观察到了蛋白质亚基的三维运动。样品是旋转分子马达F_1-ATPase，该蛋白质中的γ亚基利用分解ATP的能量向一个方向旋转。通过确定每个分子的精确旋转平面，我们能够准确估计轴的倾角。在生物物理学会第 44 届年会上报告。未来，我们将通过改进设备和观察样本，全面发展多种方法来研究蛋白质的三维结构变化，达到毫秒级分辨率。此外，作为我们独特的显微技术的应用，我们正在积极促进与其他研究不同主题的研究人员的交流，这些联合研究预计会取得新的成果。特别是与大阪市立大学宫田正人教授、东京大学新科学学科田口秀树副教授、国立信息通信技术研究所课题组长大岩一弘的联合研究正在积极开展。利用光镊、三维显微镜和其他工具，他成功地在多个领域开发了新的研究方法，包括细胞运动、细胞内蛋白质的可视化以及线性分子马达的行为。

项目成果

3次元位置観測方法及び装置

3D位置观察方法及装置

• 发表时间: 2005

Tracking of 3-D motion with nanometer accuracy.

以纳米精度跟踪 3D 运动。

• 发表时间: 2007
• 期刊: Biophysical Journal Jan(abstr.)
• 作者: H.Umakoshi;N.Yoshimoto;R.Kuboi;久保井 亮一ら;水谷佳奈(他3名)
• 通讯作者: 水谷佳奈(他3名)

化学反応の1分子イメージング技術

化学反应的单分子成像技术

• 发表时间: 2007
• 期刊: 蛋白質 核酸 酵素 52
• 作者: H.Umakoshi;N.Yoshimoto;R.Kuboi;久保井 亮一ら;水谷佳奈(他3名);西坂宗之(他1名)
• 通讯作者: 西坂宗之(他1名)

Imaging of structural change of F_1-ATPase at the single molecular level.

F_1-ATPase 在单分子水平上的结构变化成像。

• 发表时间: 2006
• 期刊: Biophysical Journal Jan(abstr.)
• 作者: H.Umakoshi;N.Yoshimoto;R.Kuboi;久保井 亮一ら;水谷佳奈(他3名);西坂宗之(他1名);西坂宗之(他2名);西坂崇之(他3名)
• 通讯作者: 西坂崇之(他3名)