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ECM ダイナミクスの可視化・光操作技術開発と in vivo 解析の基盤整備
Development of Technology for Visualization and Optical Manipulation of ECM Dynamics and Infrastructure for in vivo Analysis


研究代表者 Research Leader 

松田 知己 (北里大学 理学部 生物科学科, 教授)

Tomoki Matsuda (Professor, School of Science,  Department of Biosciences, Kitasato University)


研究分担者 Research Member 

三輪 佳宏 (理化学研究所 バイオリソース研究センター, 室長) 

Yoshihiro Miwa (Director, RIKEN BioResourse Research Center)


ECM 内環境は細胞内に比べて過酷で,構成要素のタンパク質も極めて特殊な立体構造をとる.そのため,蛍光タンパク質等を用いたライブイメージングがほとんど行われておらず,本領域のECMダイナミクス研究の発展にはECMに特化したイメージング技術開発が必須である.本研究では研究分担者らがこれまでにライブイメージングに独自に成功している2タイプのコラーゲンを足掛かりに,ECM 構成タンパク質イメージングの際に細胞内輸送や分泌過程で起こる問題点を明らかにする.そして,多様なECM構成タンパク質を可視化する技術基盤を開発し,本学術変革領域内のライブイメージングを促進する.また,タンパク質分子の動態に限らず,ECM内部での機能動態の可視化に向けて,ECM内のタンパク質相互作用を蛍光寿命イメージングで可視化するための蛍光色素や,ECM内の力学的特性等を測定するセンサーなどを開発する.さらに,光刺激で会合状態を変化させることのできる光受容タンパク質を利用した,弾性率を変化させることのできるデザイナーマトリックスを開発し,ECMの操作による影響を観察する実験基盤を構築する.開発したプローブを導入したノックインマウスおよびヒトiPS 細胞を研究分担者が所属する理研バイオリソースセンターで順次樹し,in vivo 研究リソースとして,領域内,国内外の研究者に供給する.

The environment in the ECM is harsher than that in the cell, and the component proteins have a very specific three-dimensional structure. For this reason, live imaging with fluorescent proteins has rarely been performed, and the development of ECM-specific imaging technology is essential for the advancement of ECM dynamics research in this field. In this study, we will use two types of collagen, which have been successfully live-imaged by the research members, as a stepping stone to clarify problems that occur during intracellular trafficking and secretion processes when imaging ECM-constituent proteins. We will then develop a technical platform to visualize various ECM- constituent proteins to promote live imaging in this Transformative Research Areas. In addition, to visualize not only the dynamics of protein molecules themselves but also the functional dynamics within the ECM, we will develop fluorescent dyes to visualize protein-protein interactions in the ECM by fluorescence lifetime imaging and sensors to measure mechanical properties in the ECM. In addition, we will develop a designer matrix that can change its elastic modulus using a photoreceptor protein that can change its aggregation state upon light stimulation, and establish an experimental basis for observing the effects of manipulation of the ECM.

Knock-in mice and human iPS cells expressing the developed probes will be sequentially established in the RIKEN BioResource Research Center of the research members and provided as in vivo research resources to researchers in the field and at home and abroad.

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