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【特集】アクティブバイオイメージング―生命活動のリアルタイム計測・イメージングの最前線―
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特集にあたって
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船津高志(東京大学 大学院薬学系研究科 生体分析化学教室 教授)
生命機能を理解するためには,タンパク質やRNAが,いつ,どこで,どのような働きをしているのかを解明することが不可欠である。本特集では,主に生細胞を対象としたイメージング技術に焦点を当て,生細胞の活動をリアルタイムに計測,イメージングする技術について解説する。
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細胞内シグナル伝達物質リアルタイム検出用プローブ
Real-time Assessing of Cellular Second Messenger Dynamics by Fluorescent Probes
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森井孝(京都大学 エネルギー理工学研究所 教授)
細胞内シグナル伝達物質であるセカンドメッセンジャーの中でも,イノシトール三リン酸(IP3)は,Ca2+などと共に,その重要性が注目されている。ここでは,天然のタンパク質のPHドメインをもとにして構築した,細胞内IP3の濃度変化を蛍光シグナルとして検出する生体内IP3センサーと,RNAアプタマーをもとにした蛍光センサーの構築について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. PHドメインを用いたイノシトール三リン酸(IP3)に対する分子センサーの構築
3. 細胞内に導入可能なIP3センサーの構築
4. リボヌクレオペプチド(RNP)リセプターをもとにしたテーラーメイド蛍光センサーの開発
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細胞内分子可視化用蛍光プローブ(ランタノイド錯体)
Visualization Probes for Cellular Application using Lanthanide Complexes
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菊地和也(大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 物質生命工学講座 教授)
現在,生理的条件での機能解明が重要視されるようになってきている。この点の解明には細胞をすりつぶさないで,生きたまま機能を調べることができれば多くの情報が得られると考えられる。この目的のため,細胞内分子と特異的に反応して蛍光特性が変化する蛍光プローブをデザイン・合成し直接細胞に応用することに成功した。
【目次】
1. はじめに
2. Zn2+応答性MRIプローブ
3. 時間分解イメージングを可能とする亜鉛イオン測定用長寿命蛍光プローブの開発と時間分解蛍光測定顕微鏡光学系の構築
4. 光誘起電子移動機構によって蛍光強度が制御されるランタノイド錯体プローブ
5. おわりに
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光活性化・光変換蛍光タンパク質を用いたタンパク質動態解析
In Cell Analysis of Protein Dynamics using Photoactivatable and Photoconvertible Florescent Proteins
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松田知己((財)医療機器センター 非常勤職員;北海道大学 電子科学研究所)
永井健治(北海道大学 電子科学研究所 教授)
蛍光タンパク質を用いたイメージング技術は発展を続け,最近では光刺激により活性化させたり蛍光波長を変化させたりすることのできる蛍光タンパク質が開発され実用化されている。このような蛍光タンパク質プローブを用いることで細胞内でのタンパク質分子動態を追跡することができ,細胞の環境応答などに伴う動態変化を観察する有効なツールとなっている。本稿では,光活性化・光変換蛍光タンパク質プローブの性質を解説し,それらを用いたイメージング技術を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 光活性化・光変換タンパク質の種類
2.1 不可逆的な光活性化蛍光タンパク質
2.2 可逆的な光活性化蛍光タンパク質
2.3 不可逆的な光変換蛍光タンパク質
3. 光活性化・光変換蛍光タンパク質の性質
4. 光活性化・光変換タンパク質を用いた生物試料の動態解析
5. タンパク質の拡散動態を解析する方法
6. FDAPによるタンパク質動態の解析
7. おわりに
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タンパク質再構成法を用いた細胞内生体分子の解析法
Analytical Methods of Intracellular Biomolecules Based on Protein Reconstitution Methods
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小澤岳昌(東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 教授)
蛍光・発光タンパク質は,タンパク質の細胞内局在や遺伝子機能を探るレポーターとして,生命科学研究で広く用いられている。筆者らは,蛍光・発光タンパク質をもとに「タンパク質再構成法」という新たなレポーターの概念を創出した。タンパク質再構成法の特徴は,レポーター分子のニ分子間の自発的反応により,発光のon/offを検出できる点にある。本稿ではタンパク質再構成法の原理とその応用研究を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. タンパク質再構成法の原理
3. タンパク質再構成法を利用した生体分子の可視化
3.1 タンパク質間相互作用検出プローブ
3.2 タンパク質輸送検出プローブ
3.3 RNAの局在検出プローブ
3.4 プロテアーゼ活性検出プローブ
4. おわりに
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生細胞の核内におけるmRNAの動態解析
Analyzing the Dynamics of mRNA Molecules in a Lining Cell
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船津高志(東京大学 大学院薬学系研究科 生体分析化学教室 教授)
核内におけるmRNAのスプライシングと輸送のダイナミクスを明らかにするため,イントロンを含むmRNAまたはイントロンを含まないmRNAを試験管内で合成,蛍光標識し,核内にインジェクションした。これらのmRNAの動態を蛍光顕微鏡観察することにより,核スペックルがmRNAの成熟に積極的にかかわっていること,成熟したmRNAがブラウン運動によって核膜孔に到達し細胞質へ輸送される結果を得た。
【目次】
1. はじめに
2. イントロンを含む未成熟mRNAの核内における動態
3. 成熟したmRNAの核内運動
4. おわりに
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In vivo時空間分解ラマン分光による単一細胞生命活性計測―「生命のラマン分光指標」と細胞の生と死―
Single Cell Bioactivity Measurement by In vivo Time-and Space-resolved Raman Spectroscopy
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小野木智加朗(東京大学 大学院理学系研究科)
内藤康彰(東京大学 大学院工学研究科)
濵口宏夫(東京大学 大学院工学研究科 教授)
In vivo時空間分解ラマン分光法は,生細胞を実時間,実空間,非侵襲的に分子レベルで解析する手法として極めて有力である。本稿では,筆者らが見出し,細胞の呼吸活性を鋭敏に反映することを証明した「生命のラマン分光指標」を中心に,生細胞研究におけるラマン分光の可能性を示す。
【目次】
1. はじめに
2. 実験
3. 時空間分解ラマン分光による生細胞の研究
3.1 空間分解ラマンスペクトルによるオルガネラの分子レベル解析
3.2 時空間分解ラマンスペクトルによる細胞分裂の分子レベル追跡
3.3 「生命のラマン分光指標」の発見と呼吸・代謝活性との関係
3.4 「生命のラマン分光指標」の光に対する応答
3.5 ラマンマッピングで見る生細胞内の物質分布
3.6 ラマンマッピングによる細胞自然死過程の可視化分子レベル追跡
4. おわりに
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生きたままの細胞内3次元成分分布時系列計測―単一細胞分光トモグラフィ―
3D-Time Series Compositional Distribution Measurement of Single Living Cells:Spectroscopy-Tomography of Single Cells
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石丸伊知郎(香川大学 工学部 知能機械システム工学科 准教授)
生きたままの細胞内における生体成分の時間的,空間的な挙動をリアルタイムに計測する,細胞内3次元分光特性分布計測技術(単一細胞分光トモグラフィ)について述べる。本解説では,無染色細胞の3次元屈折率分布計測技術,高空間解像度蛍光標識3次元分布計測技術,細胞表層スキャナー技術,浮遊細胞3次元細胞トラッキング技術について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 無標識浮遊単一細胞の3次元屈折率分布計測
2.1 近接2光束ピンセット方式による細胞回転技術
2.2 3次元位相差像計測
2.3 3次元屈折率分布計測
3. 単一細胞内蛍光標識3次元分光分布計測
3.1 従来分光手法の問題点
3.2 物体光の自己相関位相シフト干渉による結像型2次元フーリエ分光法
3.3 単一細胞内蛍光標識3次元分光分布計測
4. 細胞表層スキャナー
5. 長時間観察のための透明浮遊細胞トラッキング技術
6. おわりに
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質量顕微鏡というイノベーション
Innovation of Mass Microscope
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瀬藤光利(大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 岡崎統合バイオサイエンスセンター ナノ形態生理 准教授)
従来の分子の混合物の一次元分析から,二次元の座標情報に沿った分析へと生体高分子の質量分析技術が新たな展開を迎えた。次元を乗り越えて誕生したのが,分子の分布を描画する質量顕微鏡であり,新薬候補の効果の判定や新薬標的探索,病気の診断補助への応用が始まっている。
【目次】
1. イノベーションの生まれる潮目
2. 顕微鏡からの発展
3. 質量分析側からの発展
4. 質量顕微鏡の開発
5. 質量顕微鏡法の実際
6. 学問に先行する産業応用
7. 身近な病院で使われる未来
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BIO R&D
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薄膜デバイスによる人工網膜
Artificial Retina using Thin-Film Devices
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木村睦(龍谷大学 理工学部 電子情報学科 准教授)
西崎仁貴(龍谷大学 理工学部 電子情報学科)
筆者らは,p/i/n薄膜フォトトランジスタとポリSi薄膜トランジスタによる人工網膜を開発した。この人工網膜は,感度を制御しながら,照度を検出できることを確認した。この人工網膜は,人体に無害な基板に作製できるため,生体埋込に適している可能性がある。
【目次】
1. はじめに
2. 薄膜フォトデバイス
3. 人工網膜
4. おわりに
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BIO BUSINESS
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健康油の市場動向
Market of Healthy Oil
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【目次】
1. 概要
2. 種類・特徴
3. 市場動向
3.1 特定保健用食品における健康油市場
3.2 機能性食品市場
4. 企業動向
4.1 花王
4.2 日清オイリオ
4.3 味の素
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特集にあたって
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船津高志(東京大学 大学院薬学系研究科 生体分析化学教室 教授)
生命機能を理解するためには,タンパク質やRNAが,いつ,どこで,どのような働きをしているのかを解明することが不可欠である。本特集では,主に生細胞を対象としたイメージング技術に焦点を当て,生細胞の活動をリアルタイムに計測,イメージングする技術について解説する。
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細胞内シグナル伝達物質リアルタイム検出用プローブ
Real-time Assessing of Cellular Second Messenger Dynamics by Fluorescent Probes
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森井孝(京都大学 エネルギー理工学研究所 教授)
細胞内シグナル伝達物質であるセカンドメッセンジャーの中でも,イノシトール三リン酸(IP3)は,Ca2+などと共に,その重要性が注目されている。ここでは,天然のタンパク質のPHドメインをもとにして構築した,細胞内IP3の濃度変化を蛍光シグナルとして検出する生体内IP3センサーと,RNAアプタマーをもとにした蛍光センサーの構築について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. PHドメインを用いたイノシトール三リン酸(IP3)に対する分子センサーの構築
3. 細胞内に導入可能なIP3センサーの構築
4. リボヌクレオペプチド(RNP)リセプターをもとにしたテーラーメイド蛍光センサーの開発
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細胞内分子可視化用蛍光プローブ(ランタノイド錯体)
Visualization Probes for Cellular Application using Lanthanide Complexes
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菊地和也(大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 物質生命工学講座 教授)
現在,生理的条件での機能解明が重要視されるようになってきている。この点の解明には細胞をすりつぶさないで,生きたまま機能を調べることができれば多くの情報が得られると考えられる。この目的のため,細胞内分子と特異的に反応して蛍光特性が変化する蛍光プローブをデザイン・合成し直接細胞に応用することに成功した。
【目次】
1. はじめに
2. Zn2+応答性MRIプローブ
3. 時間分解イメージングを可能とする亜鉛イオン測定用長寿命蛍光プローブの開発と時間分解蛍光測定顕微鏡光学系の構築
4. 光誘起電子移動機構によって蛍光強度が制御されるランタノイド錯体プローブ
5. おわりに
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光活性化・光変換蛍光タンパク質を用いたタンパク質動態解析
In Cell Analysis of Protein Dynamics using Photoactivatable and Photoconvertible Florescent Proteins
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松田知己((財)医療機器センター 非常勤職員;北海道大学 電子科学研究所)
永井健治(北海道大学 電子科学研究所 教授)
蛍光タンパク質を用いたイメージング技術は発展を続け,最近では光刺激により活性化させたり蛍光波長を変化させたりすることのできる蛍光タンパク質が開発され実用化されている。このような蛍光タンパク質プローブを用いることで細胞内でのタンパク質分子動態を追跡することができ,細胞の環境応答などに伴う動態変化を観察する有効なツールとなっている。本稿では,光活性化・光変換蛍光タンパク質プローブの性質を解説し,それらを用いたイメージング技術を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 光活性化・光変換タンパク質の種類
2.1 不可逆的な光活性化蛍光タンパク質
2.2 可逆的な光活性化蛍光タンパク質
2.3 不可逆的な光変換蛍光タンパク質
3. 光活性化・光変換蛍光タンパク質の性質
4. 光活性化・光変換タンパク質を用いた生物試料の動態解析
5. タンパク質の拡散動態を解析する方法
6. FDAPによるタンパク質動態の解析
7. おわりに
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タンパク質再構成法を用いた細胞内生体分子の解析法
Analytical Methods of Intracellular Biomolecules Based on Protein Reconstitution Methods
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小澤岳昌(東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 教授)
蛍光・発光タンパク質は,タンパク質の細胞内局在や遺伝子機能を探るレポーターとして,生命科学研究で広く用いられている。筆者らは,蛍光・発光タンパク質をもとに「タンパク質再構成法」という新たなレポーターの概念を創出した。タンパク質再構成法の特徴は,レポーター分子のニ分子間の自発的反応により,発光のon/offを検出できる点にある。本稿ではタンパク質再構成法の原理とその応用研究を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. タンパク質再構成法の原理
3. タンパク質再構成法を利用した生体分子の可視化
3.1 タンパク質間相互作用検出プローブ
3.2 タンパク質輸送検出プローブ
3.3 RNAの局在検出プローブ
3.4 プロテアーゼ活性検出プローブ
4. おわりに
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生細胞の核内におけるmRNAの動態解析
Analyzing the Dynamics of mRNA Molecules in a Lining Cell
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船津高志(東京大学 大学院薬学系研究科 生体分析化学教室 教授)
核内におけるmRNAのスプライシングと輸送のダイナミクスを明らかにするため,イントロンを含むmRNAまたはイントロンを含まないmRNAを試験管内で合成,蛍光標識し,核内にインジェクションした。これらのmRNAの動態を蛍光顕微鏡観察することにより,核スペックルがmRNAの成熟に積極的にかかわっていること,成熟したmRNAがブラウン運動によって核膜孔に到達し細胞質へ輸送される結果を得た。
【目次】
1. はじめに
2. イントロンを含む未成熟mRNAの核内における動態
3. 成熟したmRNAの核内運動
4. おわりに
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In vivo時空間分解ラマン分光による単一細胞生命活性計測―「生命のラマン分光指標」と細胞の生と死―
Single Cell Bioactivity Measurement by In vivo Time-and Space-resolved Raman Spectroscopy
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小野木智加朗(東京大学 大学院理学系研究科)
内藤康彰(東京大学 大学院工学研究科)
濵口宏夫(東京大学 大学院工学研究科 教授)
In vivo時空間分解ラマン分光法は,生細胞を実時間,実空間,非侵襲的に分子レベルで解析する手法として極めて有力である。本稿では,筆者らが見出し,細胞の呼吸活性を鋭敏に反映することを証明した「生命のラマン分光指標」を中心に,生細胞研究におけるラマン分光の可能性を示す。
【目次】
1. はじめに
2. 実験
3. 時空間分解ラマン分光による生細胞の研究
3.1 空間分解ラマンスペクトルによるオルガネラの分子レベル解析
3.2 時空間分解ラマンスペクトルによる細胞分裂の分子レベル追跡
3.3 「生命のラマン分光指標」の発見と呼吸・代謝活性との関係
3.4 「生命のラマン分光指標」の光に対する応答
3.5 ラマンマッピングで見る生細胞内の物質分布
3.6 ラマンマッピングによる細胞自然死過程の可視化分子レベル追跡
4. おわりに
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生きたままの細胞内3次元成分分布時系列計測―単一細胞分光トモグラフィ―
3D-Time Series Compositional Distribution Measurement of Single Living Cells:Spectroscopy-Tomography of Single Cells
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石丸伊知郎(香川大学 工学部 知能機械システム工学科 准教授)
生きたままの細胞内における生体成分の時間的,空間的な挙動をリアルタイムに計測する,細胞内3次元分光特性分布計測技術(単一細胞分光トモグラフィ)について述べる。本解説では,無染色細胞の3次元屈折率分布計測技術,高空間解像度蛍光標識3次元分布計測技術,細胞表層スキャナー技術,浮遊細胞3次元細胞トラッキング技術について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 無標識浮遊単一細胞の3次元屈折率分布計測
2.1 近接2光束ピンセット方式による細胞回転技術
2.2 3次元位相差像計測
2.3 3次元屈折率分布計測
3. 単一細胞内蛍光標識3次元分光分布計測
3.1 従来分光手法の問題点
3.2 物体光の自己相関位相シフト干渉による結像型2次元フーリエ分光法
3.3 単一細胞内蛍光標識3次元分光分布計測
4. 細胞表層スキャナー
5. 長時間観察のための透明浮遊細胞トラッキング技術
6. おわりに
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質量顕微鏡というイノベーション
Innovation of Mass Microscope
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瀬藤光利(大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 岡崎統合バイオサイエンスセンター ナノ形態生理 准教授)
従来の分子の混合物の一次元分析から,二次元の座標情報に沿った分析へと生体高分子の質量分析技術が新たな展開を迎えた。次元を乗り越えて誕生したのが,分子の分布を描画する質量顕微鏡であり,新薬候補の効果の判定や新薬標的探索,病気の診断補助への応用が始まっている。
【目次】
1. イノベーションの生まれる潮目
2. 顕微鏡からの発展
3. 質量分析側からの発展
4. 質量顕微鏡の開発
5. 質量顕微鏡法の実際
6. 学問に先行する産業応用
7. 身近な病院で使われる未来
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BIO R&D
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薄膜デバイスによる人工網膜
Artificial Retina using Thin-Film Devices
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木村睦(龍谷大学 理工学部 電子情報学科 准教授)
西崎仁貴(龍谷大学 理工学部 電子情報学科)
筆者らは,p/i/n薄膜フォトトランジスタとポリSi薄膜トランジスタによる人工網膜を開発した。この人工網膜は,感度を制御しながら,照度を検出できることを確認した。この人工網膜は,人体に無害な基板に作製できるため,生体埋込に適している可能性がある。
【目次】
1. はじめに
2. 薄膜フォトデバイス
3. 人工網膜
4. おわりに
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BIO BUSINESS
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健康油の市場動向
Market of Healthy Oil
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【目次】
1. 概要
2. 種類・特徴
3. 市場動向
3.1 特定保健用食品における健康油市場
3.2 機能性食品市場
4. 企業動向
4.1 花王
4.2 日清オイリオ
4.3 味の素
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