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。

该研究主题的最终目的是在蛋白质分子的结构随着毫秒的高时间分辨率而变化时进行图像信息。在此研究期间，有关设备的基本概念提出了三项专利申请，其中两个可以通过示例应用于基础研究。主要的研究结果如下列出。 （1）我们开发了一种实验方法，该方法使用高速摄像头在子毫秒分辨率下在三维上跟踪粒子位置。这项技术仅在JST（日本专利应用程序2005-197049“ 3D位置观察方法和设备”）中开发，是一种使用低噪声和高速颗粒照片的技术，目前可以实现1.4纳米量的位置确定能力。在美国第51届美国生物物理学会等报道。 （2）尽管它仍然低于毫秒的分辨率，但我们成功地观察了在三个维度上的蛋白质亚基的运动。样品是旋转的分子运动F_1-ATPase，由于能量分解为ATP，该蛋白质内的γ亚基在一个方向上旋转。确定了单个分子的确切旋转平面，并准确估计了轴的下降。在生物物理学会的第44届年会上报道。将来，将全面开发各种方法，以通过为设备系统增加改进，观察到的样本并改善蛋白质的三维结构变化，以全面开发以实现毫秒的分辨率。此外，作为我们独特的显微镜技术的应用，我们正在与其他正在研究不同主题的研究人员进行积极互动，我们期待着这些联合研究的新结果。特别是，与大阪市大学的Miyata Masato教授联合研究，东京大学新领域的助理教授Taguchi Hideki以及信息与通信技术研究所的团队负责人Oiwa Kazuhiro具有活跃。使用光学镊子和3D显微镜，我们成功地在各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电机的行为。

项目成果

Single-molecule observation of rotation of F1-ATPase through microbeads.

通过微珠对 F1-ATPase 旋转的单分子观察。

• DOI: 10.1007/978-1-59745-490-2_12
• 发表时间: 2007
• 期刊: Methods in molecular biology
• 作者: T. Nishizaka;Kana Mizutani;T. Masaike
• 通讯作者: T. Masaike

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)