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超解像 ング 細胞内 微細構造 視続
〜生命科学研究者 待望 超耐光性蛍光標識剤 開発〜
名 屋大学トラン テ 生命分子研究所 ITbM 拠点長：伊丹 健一郎 山 茂 弘 や ま ひ 教 授 多 喜 正 泰 ま や す 准 教 授 WANG
Chenguang わ 研究員 佐藤 良勝 講師 深澤 愛子
わ あい 准教授 東山 哲也 ひ やま や 教授 研究チ 極 め 褪色 強い蛍光標識剤 開発 成功 ま 超解像 ング 利用す 生命科 学研究者 待望 技術 す
STED顕微鏡 2014 ノ ベ 化学賞 選 超解像顕微鏡技術 一 従来
蛍光顕微鏡 限界 大 回 空間分解能 生命現象 可視化 画期的
ング手法 す 超解像顕微鏡 強い ザ 光 照射 必要 撮影中 蛍 光色素 速や 分解 褪色 引 起 ま い 大 問題 あ ま 蛍 光標識 細胞 超解像 ベ 連続的 撮影 細胞内 微細構造 元的
ングや 細胞小器官や分子 動 長時間 わ 観察
ます 理想 超解像 ング技術 達成 圧倒的 高い耐光性 蛍光標識剤 開発 不可 あ 生命科学研究 分野 待望 いま 今回 研 究チ 生体分子 結合 超耐光性蛍光標識剤 PhoxBright 430 (PB430) 開発
STED顕微鏡 連続撮像 実現 ま 蛍光標識剤 用い ま 知
細胞 微細構造や機能 関す 情報 高精細 高精度 取得 生命科学研究 飛躍的 進展や 新 顕微鏡技術 開発へ 貢献 期待 ます
本研究成果 成29 7月25日 火 米国化学会 学術誌 Journal of the American
Chemical Society ンラ ン版 掲載 ま
今回 記者会見 行いませ 本研究成果 い 質問 資料 図 依頼 記ま 問い合わせ い
2 本研究 ント
■ 強い 光照射 褪色 いタンパ 質 蛍光標識 化 技術 求 い
■ 既存 蛍光色素 比べ 優 耐光性 蛍光標識剤PB430 開発 STED ン 繰 返 撮像 可能
■ PB430 蛍光標識さ 細胞内構造 画像 合わせ こ 超解像 次元画
像 得 こ 成功
■ 従来 蛍光色素 耐光性 違い 利用 新 チカ ン 手法 確立
研究 背景 内容
超解像顕微鏡 従来 光学顕微鏡 理論限界値 さ 微細 構造 蛍光観察 顕微鏡 2014 年 超解像顕微鏡法 開発 3 研究者 ノ 化学賞 賞 い
一 あ 誘 放出抑制 (stimulated emission depletion; STED) 顕微鏡 蛍光分子 励起 脱励起 蛍光放出 抑制 STED 二種類 使
用 超解像画像 得 強いSTED光照射 必要
時 蛍光色素 褪色 促進さ い こ う 中 以前 研
究チ ン 炭素原子 橋 構造 C-Naphox 開発
こ 極 高い耐光性 こ 見出 S. Yamaguchi et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 15213) C-Naphox 既存 蛍光色素
STED画像 連続撮影 可能 任意 細胞内
構造体 可視化 い い せ
こ 研究チ C-Naphox 構造 基 改良 第二世代 実用的 超耐光
性蛍光色素PhoxBright 430 (PB430) 開発 PB430 C-Naphox 極 高い耐光性 いう性質 保持 抗体 生体分子 共 結合 可能 水溶性 高い 水中 発
光 吸収極大波長 蛍光極大波長 差 大 い 特性 い
抗 ウ IgG 抗体 PB430 結合 標識 させ 色素本来 性質 保 い こ こ 化
合物 蛍光標識抗体 利用 こ わ
z-axis
5 µm z (mm)
y (mm) x (m
m)
0 µm 1 µm 2 µm 3 µm 4 µm
O SO3– R =
P O
Ph R
R
O HN
O O
N O O
超耐光性蛍光標識剤
PhoxBright 430 (PB430-NHS)
0 10 20 30 40 50
0
–1
–2
–3
共焦点画像 取得枚数
相対吸光度自然対数
PB430 Atto 425
STAR 440SX Alexa Fluor 430 Alexa Fluor 488
★ 圧倒的 優れた 耐光性
★ Z 軸方向へ 繰り返し 撮像 ★ 超解像三次元画像 構築
>80 images!!
z
y x z
Z軸方向 おい も超解像~150 nmを実現 23 mm
23 m m 4 mm
抗体 様々 生体分子 共有結合 可能 高い水溶性
水中 も高い蛍光量子収率 スト クスシフト 大 い
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耐光性 優 蛍光標識抗体 従来 色素 蛍光 ン 可能 例
え 細胞構造 次元(3D)可視化 あ XY軸 撮影 画像 Z軸方向 キャン 得 断層画像 再構築 従来 色素 用い STED ン 行 場合 断層画像 撮影中 色素 褪色 い こ う 褪色 抑え 通常 細胞 褪色防 剤
処理 必要 あ PB430 用い こ 特別 処理 容易 次元超解
像 ン 画像 得 こ
次 研究チ 耐光性 利用 新 チカ ン 多 染色 技術 考案 前述 従来 蛍光色素 一枚 STED画像 得 著 褪色
う 二回目 キャン ほ 得 こ せ こ 逆手 異
二 細胞内構造 染 分 試 わ PB430 類似 光学特性 褪色 う蛍光色素 PB430 組 合わせ チカ ン
例え 微 管
注1)
構築 α-チュ ン
注2)
PB430 蛍光標識抗体 中間系 ン 注
3) 長い線状 タンパ 質 あ ビ ンチン
注4)
Alexa Fluor 430 蛍光標識抗体 染色
こ 状態 一視 STED画像 二枚連続 撮影 一枚目 画像 二種類 色素
観測さ 二枚目 画像 PB430 得 せ こ
画像 微 管 構造 相当 次 一枚目 二枚目 画像 差 引 褪色 Alexa Fluor
430 蛍光 ビ ンチン 構造 見え ここ 要 一対 励起 STED
チカ ン 実現 いうこ 従来 チカ STED
ン 励起 び蛍光波長 考慮 必要 あ 利用 色素 組 合わせ 限 い 本手法 原理 あ ゆ 色素 組 合わせ こ
α-チュ ン PB430 蛍光標識抗体 中間系 ン あ ビ ンチン Alexa Fluor 430 蛍光標識抗体 染色
画像
ま め 今後 展望
本研究 超耐光性蛍光標識剤PB430 開発 成功 こ 用い 染色 細胞 STED 顕微
鏡観察 い 繰 返 撮像 こ 明 超解像 次元画像や耐
光性 利用 チカ ン 簡単 得 こ 可能 こ 超解像顕微
鏡 利用 広 い 考え 多 研究者 PB430 手 こ
生命科学研究 進展や新 顕微鏡技術開発 い 期 さ
用語解説
注1) 微 管：細胞内 見 直 25 nmほ 最 太い細胞骨格要素 細胞 運動や形 保持 関 与
注 2) α-チュ ン：微 管 構成 タンパ 質 一 β-チュ ン 1:1 結合 合体 一枚目 画像 二枚目 画像 差し引 画像 重 画像
4 二両体 形成
注 3) 中間系 ン ：細胞骨格 構成 ン 成分 一 チン ン 直
7～9 nm 微 管 中間 太さ 直 10 nm あ
注4) ビ ンチン：代表的 中間 ン 繊維状タンパ 質 単 体
掲載雑誌 論文 著者
掲載雑誌： Journal of the American Chemical Society
論文 ： Super-Photostable Phosphole-Based Dye for Multiple-Acquisition Stimulated Emission Depletion Imaging
複数回 STED画像 得 可能 基盤 超耐光性蛍光色素
著 者： Chenguang Wang, Masayasu Taki, Yoshikatsu Sato, Aiko Fukazawa, Tetsuya Higashiyama, Shigehiro Yamaguchi
Chenguang Wang, 多喜 泰 佐藤良勝 深澤愛子 東山哲也 山 茂弘
論文公開日： 2017年7 25日 DOI: 10.1021/jacs.7b04418
WPI-ITbM い (http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp/)
文科省 世界 ッ 拠点 (WPI) 一 採択さ 屋大学 ン ォ
生命分子研究所(ITbM) 従来 屋大学 強 あ 合成化学 動植物科学 理論科 学 融合させ こ 研究 進 ITbM 精緻 ンさ 機能 全 新 い生命機能 開発 目指 ITbM 研究 化学者 生物学者 隣 合わせ 研究
融合研究 行う ッ いう体制 こ う ッ キ ワ
化学 生物学 融合領域 新 研究分 創出 ン ォ 分子 通 社 会 直面 環境問題 食料問題 医療技術 発展 い 様々 議題 組
