ナノスケールの生物学的システムにおける3D回転ダイナミクスの追跡
Ryuji Igarashi1,2,3, Takuma Sugi4, Shingo Sotoma5,6
1Institute for Quantum Life Science, National Institute for Quantum and Radiological Science and Technology, Anagawa 4-9-1, Inage-ku, Chiba 263-8555, Japan.
Journal of the American Chemical Society
|April 15, 2020
まとめ
研究者らは,バイオ分子と生細胞のナノスケール3度自由度 (3-DoF) 回転を追跡する新しい技術を開発しました. この方法は3Dの回転ダイナミクスを視覚化し,分子および細胞レベルで生物学的メカニズムへの新しい洞察を提供します.
科学分野:
- バイオ物理学
- ナノテクノロジー
- 分子生物学
背景:
- ロール,ピッチ,ヤウを含む3度自由度 (3-DoF) の回転は,さまざまなアプリケーションに不可欠ですが,ナノスケールで測定することは困難です.
- 既存の方法は,生物分子と生細胞の3DoF回転を追跡するための感度が不足しています.
研究 の 目的:
- 生物学的システムにおけるナノスケール 3-DoF 回転を視覚化および測定するための新しい技術を開発し,実証する.
- 運動タンパク質,膜タンパク質,生物の動態を理解するためにこの方法を適用します.
主な方法:
- センシングのために光ナノダイアモンドの窒素空白 (NV) センターを使用した.
- トモグラフィック・ベクトル・マグネトメトリー技術で 3次元回転運動を追跡した
- 特定のバイオ分子 (F1-ATPase,膜タンパク質) にナノダイアモンドを結合し,細胞/生物の動き (C. elegans) を観察した.
主要な成果:
- F1-ATPaseの3段階の回転を視覚化し,ATP結合/ADP放出の遅延を示しました.
- 細胞内細胞骨密度を持つ生細胞の膜タンパク質の相関する3D回転運動.
- カエノラビティス・エレガンスの腸内での非ランダムな動きを追跡
結論:
- ナノダイアモンドベースのトモグラフィックベクトル磁気測定法では,ナノスケールの3-DoF回転をインビトロ,インセル,およびインビボで追跡できます.
- この技術は,ナノスケールダイナミクスによって駆動される機能的なメカニズムの理解を深め,顕微鏡の生物学的サンプルに新しい視点を提供します.
