Investigation the functional expression mechanisms of intracellular liquid droplets using in-cell magnetic resonance methods

利用细胞内磁共振方法研究细胞内液滴的功能表达机制

• 批准号: 20H00453
• 负责人: 白川 昌宏
• 金额: $ 28.95万
• 依托单位: Kyoto 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 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00453/
• 关键词: ダイアモンド; 相分離; 線維化; 液滴; 液液相分離; 量子センサー; 光検出磁気共鳴法(ODMR); アミロイド; 磁気共鳴法; 液-液相分離; 一分子測定; 液液位相分離

近年、生体分子の液-液相分離が形成する巨大構造体「液滴」が細胞内の生化学反応の場所、タイミングなどの制御に関わっていることが明らかになってきた。液滴はまた相変化により神経変性疾患に伴うタンパク質線維を形成する場合があることが明らかになってきた。しかし液滴の成分や形成機構についてはその多くが不明である。その解明には、既存の計測・解析手法のみでは困難である。本研究では、代表者らが開発してきたIn-cell NMR、RheoNMR、ナノ量子センサー(ODMR)などの計測技術を開発し用いることで、液滴形成と維持、相変化における物性値を明らかにすることによって細胞内での液滴形成機講の解明を目指した。液滴形成の解析手法として、特にダイヤモンドナノ粒子量子センサーの開発にとりかかった。これは、ナノダイヤモンド粒子を分子標識プローブとして用いて、光検出磁気共鳴法(ODMR)により量子センシングをする手法である。細胞内の微小空間における粘性、温度、ｐHなどの物性を10nmオーダーの空間分解能で計測し、細胞内の液滴や線維の空間分布と生成過程を明らかにする事が可能である。微小ダイヤモンド内の窒素空孔センター(NVC)をさまざまな物性パラメータの量子センサーとして計測する手法の開発として、以下の成果をあげた。NVCのスピン三重項電子を用いた室温における光超偏極技術を確立し、分散した5ナノメートル極微小ナノダイヤモンドを利用した量子センサーを開発した。加えて、ナノダイヤモンドの生体適合性向上のためのワンポット合成法を開発し、細胞内温度計測を行った。さらに、ナノダイヤモンドの表面官能基の改質、特にヒドロキシ化によるNVCのODMRコントラストの増強を達成した。

In recent years, molecular の liquid - liquid separation が raw body formation す る huge constructs "droplets" の が cell biochemistry anti 応 の places, タ イ ミ ン グ な ど の suppression に masato わ っ て い る こ と が Ming ら か に な っ て き た. Droplet は ま た phase - change に よ り 経 god - disorder に with う タ ン パ ク qualitative form す d を る occasions が あ る こ と が Ming ら か に な っ て き た. <s:1> そ <s:1> droplet <s:1> composition や forming mechanism に そ て そ そ many くが unknown である Youdaoplaceholder0 そ explain に に, existing <s:1> measurement and analysis methods みで みで are difficult である. This study で は representatives, ら が open 発 し て き た - cell In NMR, RheoNMR, ナ ノ quantum セ ン サ ー (ODMR) な ど の measuring technology を open 発 し with い る こ と で, droplet formation と, phase - に お け る property numerical を Ming ら か に す る こ と に よ っ て In cells で の droplet forming machine speak の interpret を refers し た. Droplet formation の parsing technique と し て, に ダ イ ヤ モ ン ド ナ ノ quantum particles セ ン サ ー の open 発 に と り か か っ た. こ れ は, ナ ノ ダ イ ヤ モ ン ド particle を molecular identity プ ロ ー ブ と し て in い て, light 検 気 magnetic resonance method (ODMR) に よ り quantum セ ン シ ン グ を す る gimmick で あ る. の tiny space in the cell に お け る viscosity, temperature, pH な ど の property を 10 nm オ ー ダ ー の space decomposition can で measuring し の droplet や, cell line d の spatial distribution と generation process を Ming ら か に す が る things may で あ る. Within the tiny ダ イ ヤ モ ン ド の smothering, empty hole セ ン タ ー (NVC) を さ ま ざ ま な property パ ラ メ ー タ の quantum セ ン サ ー と し て measuring す る gimmick の open 発 と し て, the following の を あ げ た. NVC の ス ピ ン triple a electronic を い た room-temperature に お け る super partial pole し を established technology, scattered light し た 5 ナ ノ メ ー ト ル tiny ナ ノ ダ イ ヤ モ ン ド を using し た quantum セ ン サ ー を open 発 し た. Add え て, ナ ノ ダ イ ヤ モ ン ド の raw body fit up の た め の ワ ン ポ ッ ト synthesis を open 発 し line, the detection of intracellular thermometer, を っ た. さ ら に, ナ ノ ダ イ ヤ モ ン ド) on の の modification, に ヒ ド ロ キ シ change に よ る NVC の ODMR コ ン ト ラ ス ト の raised strong を reached し た.

项目成果

『蛍光ナノダイヤモンド』と『ナノ量子センサー』

“荧光纳米金刚石”和“纳米量子传感器”

• 发表时间: 2021
• 作者: Qianli Zhang;Akitoshi Miyamoto;Shin Watanabe;Takao Arimori;Masanori Sakai;Madoka Tomisaki;Tai Kiuchi;Junichi Takagi;Naoki Watanabe;五十嵐 龍治
• 通讯作者: 五十嵐 龍治

Room-temperature hyperpolarization of polycrystalline samples with optically polarized triplet electrons: pentacene or nitrogen-vacancy center in diamond?

• DOI: 10.5194/mr-2-33-2021
• 发表时间: 2021
• 期刊: Magnetic resonance (Gottingen, Germany)
• 作者: Miyanishi K;Segawa TF;Takeda K;Ohki I;Onoda S;Ohshima T;Abe H;Takashima H;Takeuchi S;Shames AI;Morita K;Wang Y;So FT;Terada D;Igarashi R;Kagawa A;Kitagawa M;Mizuochi N;Shirakawa M;Negoro M
• 通讯作者: Negoro M

全光学的スピン占有数操作に基づく選択蛍光イメージング

基于全光学自旋占据操纵的选择性荧光成像

• 发表时间: 2021
• 作者: 柳 瑶美; 神長 輝一; 鈴木 芳代; 阿部 浩之; 山本 啓貴; 大島 武; 桑波田 晃弘; 関野 正樹; 今岡 達彦; 柿沼 志津子; 杉 拓磨; 加田 渉; 花泉 修; 五十嵐 龍治
• 通讯作者: 五十嵐 龍治

生体ナノ量子センサー

生物纳米量子传感器

• 发表时间: 2021
• 作者: Ohno Masae;Ando Tadashi;Priest David G.;Taniguchi Yuichi;五十嵐 龍治
• 通讯作者: 五十嵐 龍治

Label-free tomographic imaging of nanodiamonds in living cells

• DOI: 10.1016/j.diamond.2021.108517
• 发表时间: 2021-07-12
• 期刊: DIAMOND AND RELATED MATERIALS
• 影响因子: 4.1
• 作者: Ikliptikawati，Dini Kurnia;Hazawa，Masaharu;Wong，Richard W.
• 通讯作者: Wong，Richard W.