Heterogeneity and hierarchy of biomacromolecular dynamics revealed by new methods of fluorescence correlation measurement

荧光相关测量新方法揭示生物大分子动力学的异质性和层次结构

• 批准号: 21H01897
• 负责人: 石井 邦彦
• 金额: $ 10.48万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01897/
• 关键词: 蛍光相関分光; 一分子計測; 生体高分子; 動的不均一性; 階層的ダイナミクス

１．走査型2D-FLCSによる生体高分子の広ダイナミックレンジ計測：本研究テーマについては前年度までに、走査型2D-FLCSの開発とDNAホリデイジャンクションへの応用に関する論文発表を完了している。本年度は関連する研究テーマとして、基板に固定したDNAホリデイジャンクションの一分子FRET信号計測を行った。その結果をデータ解析の専門家に提供する形で共同研究を行い、ノンパラメトリックベイズ推定を用いた一分子FRET信号の新たな解析法に関する成果を論文発表した。この解析法は従来法とは異なるアプローチで信号に含まれる情報を最大限に引き出すものであり、我々が提供した実験データによりこの新たな解析法の実用性を検証することが可能となった。２．多点相関計測によるダイナミクスの不均一性・階層性の検出：本研究テーマについては、当初の計画を若干変更して、多点相関解析により二点相関関数から得られなかった情報を引き出すという発想はそのままに、多次元の光子相関マップを活用したより広い意味での不均一性・ダイナミクスの計測手法の開発を行うこととした。本年度は、マイクロ流路を用いたラピッドミキシング法と2D-FLCSを組み合わせる手法の開発を行った。本手法では、マイクロ流路上で遅延時間を変えながら多数の２次元マップを作成することで３次元の光子相関マップを構築し、これに対して独立成分分析を適用する。この手法を用いて、ダイナミクスを示す不均一系について信号のモデルフリー分離が可能であることを明らかにし、その原理および応用について学会発表を行った。本手法により、これまで特殊な工夫が必要であったラピッドミキシング法への一分子計測法の適用が簡便に行えるようになり、非平衡条件での生体高分子ダイナミクスを詳しく検討することが可能になると期待される。

1. Study on the development and application of 2D-FLCS in vivo: This study was conducted in the previous year, and the development and application of 2D-FLCS in vivo was completed. This year's study was carried out on a molecular FRET signal The results of this study are presented in this paper. The analysis method includes the following steps: 2. Multi-point correlation measurement and its heterogeneity and hierarchical detection: In this study, the original plan was changed, and the multi-point correlation analysis was carried out, and the two-point correlation was obtained. This year, the development of the 2D-FLCS combination method was carried out. The method is applicable to the construction of a three-dimensional photon correlation and independent component analysis. This method is used to show the difference between the signal and the signal. The separation is possible. The principle is used to show the difference between the signal and the signal. The method is simple and convenient to use, and the application of molecular measurement method to biological polymers under non-equilibrium conditions is discussed in detail.

项目成果

Conformational dynamics study of DNA Holliday junction with a time window from 10^-6 to 10^-1 sec by scanning 2D FLCS

通过扫描 2D FLCS 的 DNA Holliday junction 构象动力学研究，时间窗为 10^-6 至 10^-1 秒

• 发表时间: 2021
• 作者: Heo Wooseok;長谷川一途;岡本憲二;佐甲靖志;石井邦彦;田原太平
• 通讯作者: 田原太平

Development of independent fluorescence component analysis based on concentration perturbation

基于浓度扰动的独立荧光成分分析的发展

• 发表时间: 2022
• 作者: Heo Wooseok;Ishii Kunihiko;Tahara Tahei
• 通讯作者: Tahara Tahei

Investigation of microsecond dynamics of LSSmOrange protein using two-dimensional fluorescence lifetime correlation spectroscopy

使用二维荧光寿命相关光谱研究 LSSmOrange 蛋白的微秒动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: Sarkar Bidyut;Ishii Kunihiko;Tahara Tahei
• 通讯作者: Tahara Tahei

アリゾナ州立大学(米国)

亚利桑那州立大学（美国）

Photon correlation analysis for quantifying biomolecular dynamics on microsecond to subsecond timescales

用于量化微秒至亚秒时间尺度上的生物分子动力学的光子相关分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Shunrou Tokonami;Yusuke Nakasone;Masahide Terazima;Ishii Kunihiko
• 通讯作者: Ishii Kunihiko