RIKEN BRAIN SCIENCE INSTITUTE (理研BSI)

Faculty Detail / 研究室詳細

細胞機能探索技術開発チーム

シニア・チームリーダー

Bioimaging, Fluorescent proteins, FRET

宮脇  敦史

研究内容

細胞の中を動き回る生体分子の挙動を追跡しながら、ふと大洋を泳ぐクジラの群を想い起こす。クジラの回遊を人工衛星で追うアルゴスシステムのことである。背びれに電波発信器を装着したクジラを海に戻す時、なんとか自分の種の群に戻ってくれることをスタッフは願う。今でこそ小型化された発信器だが昔はこれが大きかった。やっかいなものをぶら下げた奴と、仲間から警戒され村八分にされてしまう危険があった。クジラの回遊が潮の流れや餌となる小魚の群とどう関わっているのか、種の異なるクジラの群の間にどのようなinteractionがあるのか。捕鯨の時代を超えて、人間は海の同胞の真の姿を理解しようと試みてきた。  ライブイメージング技術において、電波発信器の代わりに活躍するものとして蛍光プローブがある。生体分子の特定部位に蛍光プローブをラベルし細胞内に帰してやれば、外界の刺激に伴って生体分子が踊ったり走ったりする様が実時間で可視化できる。蛍光は物理現象であるから、その特性を活かせば様々な情報を抽出できる。例えば、ある蛍光分子ドナー(エネルギー供与体)の励起エネルギーがアクセプター(エネルギー受容体)へ移動する現象(蛍光のエネルギー移動)は、ドナーとアクセプター間の距離および向きに依存するので、これを利用して生体分子間の相互作用や生体分子の構造変化を観ることができる。蛍光のエネルギー移動に限らず、蛍光の偏光、消光、退色、光異性化反応など、あらゆる特性が活用できる。  今生物学はポストゲノム時代に突入したと言われる。ポストゲノムプロジェクトを云々するに、より実際的な意味において、細胞内シグナル伝達系を記述するための同時観測可能なパラメータをどんどん増やす試みが重要である。細胞の心をつかむためのスパイ分子を我々は開発している。材料となるのは主に蛍光タンパク質である。自ら発色団を形成して蛍光活性を獲得するタンパク質である。遺伝子導入技術の進歩のおかげで、蛍光タンパク質を利用したスパイ分子がますます活躍している。我々はまた、新しい蛍光タンパク質を求めて、様々な生き物(主に刺胞動物)からのクローニングを行っている。狙いのひとつは、蛍光の様々な物理特性を、蛍光タンパク質から引き出して、新しいスタイルのイメージング技術を開発することだ。  超ミクロ決死隊を結成し、微小管の上をジェットコースターのように滑走したり、核移行シグナルの旗を掲げてクロマチンのジャングルに潜り込んだりして細胞の中をクルージングする、そんなadventurousな遊び心をもちたいと思う。大切なのは科学の力を総動員することと、想像力をたくましくすること。そしてwhale watchingを楽しむような心のゆとりがserendipitousな発見を引き寄せるのだと信じている。

cameleonがcalciumionをセンスするメカニズム。calmodulinがcalciumによって活性化されると、M13を包み込みcomplex formを形成する。

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  1. 1

    Miyawaki A, Shcherbakova DM, and Verkhusha VV: "Red fluorescent proteins: chromophore formation and cellular applications.", Curr Opin Struct Biol (2012)

  2. 2

    Miyawaki A: "Proteins on the move: insights gained from fluorescent protein technologies.", Nat Rev Mol Cell Biol, 12(10), 656-68 (2011)

  3. 3

    Mori R, Ikematsu K, Kitaguchi T, Kim SE, Okamoto M, Chiba T, Miyawaki A, Shimokawa I, and Tsuboi T: "Release of TNF-α from macrophages is mediated by small GTPase Rab37.", Eur J Immunol (2011)

  4. 4

    Itoh Y, Palmisano R, Anilkumar N, Nagase H, Miyawaki A, and Seiki M: "Dimerization of MT1-MMP during cellular invasion detected by flourescence resonance energy transfer.", Biochem J (2011)

  5. 5

    Katayama H, Kogure T, Mizushima N, Yoshimori T, and Miyawaki A: "A sensitive and quantitative technique for detecting autophagic events based on lysosomal delivery.", Chem Biol, 18(8), 1042-52 (2011)

  6. 6

    Hama H, Kurokawa H, Kawano H, Ando R, Shimogori T, Noda H, Fukami K, Sakaue-Sawano A, and Miyawaki A: "Scale: a chemical approach for fluorescence imaging and reconstruction of transparent mouse brain.", Nat Neurosci (2011)

  7. 7

    Jovic A, Wade SM, Miyawaki A, Neubig RR, Linderman JJ, and Takayama S: "Hi-Fi transmission of periodic signals amid cell-to-cell variability.", Mol Biosyst, 7(7), 2238-44 (2011)

  8. 8

    Harada T, Matsuishi K, Oishi Y, Isobe K, Suda A, Kawan H, Mizuno H, Miyawaki A, Midorikawa K, and Kannari F: "Temporal control of local plasmon distribution on Au nanocrosses by ultra-broadband femtosecond laser pulses and its application for selective two-photon excitation of multiple fluorophores.", Opt Express, 19(14), 13618-27 (2011)

  9. 9

    Nakajima Y, Kuranaga E, Sugimura K, Miyawaki A, and Miura M: "Nonautonomous apoptosis is triggered by local cell cycle progression during epithelial replacement in Drosophila.", Mol Cell Biol, 31(12), 2499-512 (2011)

  10. 10

    Miyawaki A: "Development of probes for cellular functions using fluorescent proteins and fluorescence resonance energy transfer.", Annu Rev Biochem, 80, 357-73 (2011)

  11. 11

    Sugiyama M, Sakaue-Sawano A, Iimura T, Fukami K, Kitaguchi T, Kawakami K, Okamoto H, Higashijima S, and Miyawaki A: "Illuminating cell-cycle progression in the developing zebrafish embryo.", Proc Natl Acad Sci U S A, 106(49), 20812-7 (2009)

  12. 12

    Tsutsui H, Shimizu H, Mizuno H, Nukina N, Furuta T, and Miyawaki A: "The E1 mechanism in photo-induced beta-elimination reactions for green-to-red conversion of fluorescent proteins.", Chem Biol, 16(11), 1140-7 (2009)

  13. 13

    Miyawaki A: "Great expectations.", Science, 326(5951), 339 (2009)

  14. 14

    Shimozono S, Tsutsui H, and Miyawaki A: "Diffusion of large molecules into assembling nuclei revealed using an optical highlighting technique.", Biophys J, 97(5), 1288-94 (2009)

  15. 15

    Sakaue-Sawano A, Ohtawa K, Hama H, Kawano M, Ogawa M, and Miyawaki A: "Tracing the silhouette of individual cells in S/G2/M phases with fluorescence.", Chem Biol, 15(12), 1243-8 (2008)

  16. 16

    Tsutsui H, Karasawa S, Okamura Y, and Miyawaki A: "Improving membrane voltage measurements using FRET with new fluorescent proteins.", Nat Methods, 5(8), 683-5 (2008)

  17. 17

    Mizuno H, Mal TK, Wälchli M, Kikuchi A, Fukano T, Ando R, Jeyakanthan J, Taka J, Shiro Y, Ikura M, and Miyawaki A: "Light-dependent regulation of structural flexibility in a photochromic fluorescent protein.", Proc Natl Acad Sci U S A, 105(27), 9227-32 (2008)

  18. 18

    Kawano H, Kogure T, Abe Y, Mizuno H, and Miyawaki A: "Two-photon dual-color imaging using fluorescent proteins.", Nat Methods, 5(5), 373-4 (2008)

  19. 19

    Sakaue-Sawano A, Kurokawa H, Morimura T, Hanyu A, Hama H, Osawa H, Kashiwagi S, Fukami K, Miyata T, Miyoshi H, Imamura T, Ogawa M, Masai H, and Miyawaki A: "Visualizing spatiotemporal dynamics of multicellular cell-cycle progression.", Cell, 132(3), 487-98 (2008)

  20. 20

    Katayama H, Yamamoto A, Mizushima N, Yoshimori T, and Miyawaki A: "GFP-like proteins stably accumulate in lysosomes.", Cell Struct Funct, 33(1), 1/12/11 (2008)

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