Development of integrative methods for correlative studies among dynamics, nano-localization, and function using simultaneous multi-color single-molecule and super-resolution imaging

使用同时多色单分子和超分辨率成像开发动力学、纳米定位和功能之间相关研究的综合方法

• 批准号: 22H02581
• 负责人: 徳永 万喜洋
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02581/
• 关键词: 超解像イメージング; １分子イメージング軌跡追跡; 移動部分軌跡解析法; 動態・局在ナノ相関解析; HILO照明; 生物物理; バイオイメージング; 細胞情報・動態; 生体分子計測; 超解像顕微鏡; 液相分離

「分子を観て、機能を知る」ために、申請者らが開発した超解像１分子多種同時イメージング法を統合的に用い、動態・ナノ局在・機能“場”同時、かつ、多種分子同時の分子イメージング、多種類データ取得、多様な時空間定量データ群を統合的に相関解析し、分子機能を解明する『動態・ナノ局在・機能相関学』を創出することを目的として、次を行った。１．超解像１分子多種同時イメージング顕微鏡の改良。『動態・ナノ局在・機能相関学』創出に必要な性能を満たすべく、高精度高速超解像イメージングと１分子蛍光イメージングを生細胞で同時観察できる４色までの多色対応蛍光顕微鏡として、現有設備を改良した。２．蛍光標識分子の調製。超解像用にはphoto- switchable fluorescent proteins、１分子イメージング用にはGFP/SNAP-tag蛍光色素などを、目的タンパク質遺伝子(RNAポリメラーゼII、転写制御分子等)に導入した。３．１分子イメージング動態解析。申請者らの開発した移動部分軌跡解析法を用い、１分子イメージング軌跡追跡により、分子動態を時間・空間の関数として定量計測した(Sci Rep, 2017)。部分軌跡を全軌跡中で１点ずつずらしてゆくことで経時変化を追い、動態・分子間相互作用情報を時間・空間の関数として定量した。４．超解像解析。局在化方式(PALM/STORM) 超解像画像を、20～30 nm程度以上の高精度にてナノ局在解析した。５．領域マーカー対応。超解像と１分子軌跡の重ね合わせ画像（2～3色）に、1～2色の領域マーカー画像を重ね合わせ、分子局在・分子動態・相互作用を、注目領域と関連付けながら、時間・空間の関数として定量した。６．cluster解析を行い、以上で得られたデータ郡を、相互に関連付けながら、一連の解析フローとして相関解析するプログラムシステムを構築した。

Molecular equipment, machine power information, applicants open data analysis like 1 molecule of multi-simultaneous monitoring systems, dynamic monitoring bureau in the same time, multi-molecular simultaneous molecular clustering, multi-class data acquisition, multi-cycle time-space quantitative data cluster analysis, The molecular mechanism can be used to explain that the purpose of the system is to improve the performance of the system. 1. The supersolution is like a molecule with multiple simultaneous transitions and microcosmic improvements. "dynamic monitoring bureau on-site computer science" produces the necessary performance performance, high-precision and high-speed ultra-high-speed imaging. At the same time, it monitors the four-color optical microphone and the existing equipment to improve the performance of the system. 2. Light up the identity of the people. The super-resolution image uses photo- switchable fluorescent proteins, 1 molecule of GFP/SNAP-tag, light pigments of GFP/SNAP-tag, purpose of light pigments of II, writing regulator, and so on. 3.1 Analysis of the behavior of molecular molecules. The applicant uses the mobile partial analytical method, the molecular dynamics, the space time, and the quantitative quantitative analysis of molecular dynamics (Sci Rep, 2017). In some cases, at 1: 00 in the middle of the day, you will be able to perform real-time tracking, dynamic molecular interaction, time, space and quantitative analysis. 4. Super-solution image analysis. Localized mode (PALM/STORM) super-resolution portrait, "high precision" above 20: 30 nm, "high precision" is being analyzed. 5. In the field, there is a lot of competition in the field. Super-resolution of 1 molecular complex image (2-3 color), 1-2 color field image image, molecular dynamic interaction, attention domain interaction, space-time interaction, space-time interaction, and space-time interaction. The 6.cluster parses the line, the above, the county, the mutual payment, the parsing, the parsing.

项目成果

東京工業大学 生命理工学院 徳永研究室

东京工业大学生命科学技术学院德永实验室

Single-molecule analysis of state-specific histone mobility in chromatin subcompartments during cellular differentiation

细胞分化过程中染色质亚区室状态特异性组蛋白迁移率的单分子分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 廣瀬 仁教;伊藤 由馬;徳永 万喜洋
• 通讯作者: 徳永 万喜洋

Slitflow: a Python framework for single-molecule dynamics and localization analysis

Slitflow：用于单分子动力学和定位分析的 Python 框架

• DOI: 10.1101/2023.03.01.530718
• 发表时间: 2023
• 期刊: bioRxiv
• 作者: Ito Yuma;Hirose Masanori;Tokunaga Makio
• 通讯作者: Tokunaga Makio

転写開始型及び伸長型RNAポリメラーゼIIの生細胞観察

转录起始型和延伸型RNA聚合酶II的活细胞观察

• 发表时间: 2022
• 作者: 内野 哲志;伊藤 由馬;佐藤 優子;半田 哲也;大川 恭行;徳永 万喜洋;木村 宏
• 通讯作者: 木村 宏

A simulation study to measure precisely three-dimensional coordinates of single molecule images using adaptive optics and machine learning

使用自适应光学和机器学习精确测量单分子图像三维坐标的模拟研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 周 翔;伊藤 由馬;徳永 万喜洋
• 通讯作者: 徳永 万喜洋