Development of the next-generation high-speed AFM and detailed dynamic behavior analysis of biomolecules

下一代高速原子力显微镜的开发和生物分子的详细动态行为分析

• 批准号: 20H00327
• 负责人: 古寺 哲幸
• 金额: $ 28.54万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00327/
• 关键词: 原子間力顕微鏡; 生物物理学; タンパク質; 一分子イメージング; 生体分子

本年は、昨年度までに開発に成功していた高速振幅計測器を実用化するために、広帯域の電子回路の製作得意とする企業とともに更なる広帯域化と操作性を向上させた電子回路を共同開発した。自作したものの帯域の数倍の高速化が見込まれている。また、昨年度までに開発していた超小型高速カンチレバーの変位をより精密に計測するために、変位計測のためのレーザースポットの微小化に取り組んだ。レーザースポット径を精密に計測する手法を開発し、レーザーダイオード、コリメーションレンズ、対物レンズを検討することで、従来のスポット径の21%程度にまでスポット径を微小化することができた。さらに、昨年度までに考案していた逆伝達関数法とアクティブダンピング法を組み合わせた電子回路（共振コントローラー）では、Zスキャナーの共振周波数とQ値を一緒にコントロールできることが実証できたため特許出願を行った（特願2022-141581）。また、開発途中の次世代型高速AFMを用いて、バイオ応用研究を進めた。たとえば、慢性腎臓病や骨粗鬆症などに関与するビタミン D 代謝酵素の過剰発現を抑えるために、ビタミン D 代謝酵素とDNAアプタマーの複合体の観察に成功した（ACS applied materials & interfaces誌）。また、新規のゲノム編集タンパク質CRISPR-Cas3が、狙ったDNA配列周辺のDNAを大規模に切断する様子の直接観察に成功した（Nat. Commun.誌）。その他にも、微小管結合タンパク質であるEB1とSka1の複合体（J. Biol. Chem.誌）、アクチン結合タンパク質であるRng2がミオシンIIの運動の下げること（Life Science Alliance誌）などを明らかにした。これにより開発した顕微鏡装置の性能を示すとともに、生物学的に意義深い新知見を得ることができた。

は this year and last year ま で に open 発 に successful し て い た high-speed amplitude meter sensor を be in turn す る た め に, hiroo 帯 domain の の electronic circuit manufacture satisfied と す る enterprise と と も に more な る hiroo 帯 domain change と operational を upward さ せ た を common electronic circuit open 発 し た. Self-made た た <s:1> <s:1> <s:1> multiple times <e:1> high-speed が see 込まれて る る る. ま た, yesterday's annual ま で に open 発 し て い た subminiature high-speed カ ン チ レ バ ー の - a を よ り precision に measuring す る た め に, variations measuring の た め の レ ー ザ ー ス ポ ッ ト の miniaturization に group take り ん だ. レ ー ザ ー ス ポ ッ を precision に ト diameter measuring す る gimmick を open 発 し, レ ー ザ ー ダ イ オ ー ド, コ リ メ ー シ ョ ン レ ン ズ, polices レ ン ズ を beg す 検 る こ と で, 従 の ス ポ ッ ト diameter の 21% degree に ま で ス ポ ッ ト diameter を miniaturization す る こ と が で き た. さ ら に, yesterday's annual ま で に test case し て い た inverse 伝 of masato method と ア ク テ ィ ブ ダ ン ピ ン グ を group み close わ せ た electronic circuits (resonance コ ン ト ロ ー ラ ー) で は, Z ス キ ャ ナ ー の resonance frequency on several と Q numerical を a mio に コ ン ト ロ ー ル で き る こ と が card be で き た た め out special line を っ た (2022-141581, may) . Youdaoplaceholder0, during the operation of the next-generation high-speed AFM, を is used for て て, バ <s:1> 応 応 応 is used for research を to enter めた. た と え ば is crucial, chronic kidney disease や thick loose bone disease な ど に masato and す る ビ タ ミ ン D metabolism enzyme の through turning 発 now を え suppression る た め に, ビ タ ミ ン と D metabolism enzyme DNA ア プ タ マ ー の complex の 観 examine に success し た (ACS applied materials & interfaces volunteers). ま た, new rules の ゲ ノ compiling タ ム ン パ ク qualitative CRISPR - Cas3 が, previously っ た DNA match column weeks 辺 の mass に cut DNA を す る others child の 観 directly examine に successful し た (Nat. Commun. (Zhi) Youdaoplaceholder0 <s:1> he に そ, microtubules bind to タ パ パ, であるEB1とSka1 <e:1> complex (J. Biol. Chem. ), ア ク チ ン combining タ ン パ ク qualitative で あ る Rng2 が ミ オ シ ン II の movement under の げ る こ と (Life Science Alliance volunteers) な ど を Ming ら か に し た. こ れ に よ り open 発 し た 顕 の micromirror device performance を shown す と と も に, biology of に meaning deep い knowledge see を る こ と が で き た.

项目成果

Self- and Cross-Seeding on α-Synuclein Fibril Growth Kinetics and Structure Observed by High-Speed Atomic Force Microscopy

通过高速原子力显微镜观察α-突触核蛋白原纤维生长动力学和结构的自播种和交叉播种

• DOI: 10.1021/acsnano.0c03074
• 发表时间: 2020
• 期刊: ACS Nano
• 影响因子: 17.1
• 作者: Takahiro Watanabe-Nakayama;Maika Nawa;Hiroki Konno;Noriyuki Kodera;Toshio Ando;David B Teplow;Kenjiro Ono
• 通讯作者: Kenjiro Ono

高速AFMによる100-nmサイズの分子集団の直接観察

使用高速 AFM 直接观察 100 nm 大小的分子群

• 发表时间: 2022
• 作者: M. S. Alam;T. Shirokawa;T. Ichikawa;K. Miyazawa;C. M. Franz and T. Fukuma;古寺哲幸
• 通讯作者: 古寺哲幸

High-speed AFM visualizes translational GTPase factor pool formed around the ribosomal P-stalk

高速 AFM 可视化核糖体 P 柄周围形成的翻译 GTP 酶因子池

• 发表时间: 2022
• 作者: 今井 大達;内海 利男;古寺 哲幸
• 通讯作者: 古寺 哲幸

相分離生物学の全貌（現代化学増刊46)、「66 高速原子間力顕微鏡」を古寺哲幸、今井大達で執筆

相分离生物学的完整概述（现代化学特别版46），“66高速原子力显微镜”作者：Tetsuyuki Furudera和Daitatsu Imai

• 发表时间: 2020
• 作者: 白木 賢太郎

Colorado State University/Univ. Colorado Sch. Med./University of Iowa College of Medicine(米国)

科罗拉多州立大学/科罗拉多大学医学院/爱荷华大学医学院（美国）