【公開日：2025.01.07】【最終更新日：2025.01.07】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22MS5023
利用課題名 / Title
一タンパク質赤外振動分光のためのAFM試料観察（分子研）
利用した実施機関 / Support Institute
自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）次世代バイオマテリアル/Next-generation biomaterials
キーワード / Keywords
一タンパク質測定,走査プローブ顕微鏡/Scanning probe microscopy
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
西田 純
所属名 / Affiliation
分子科学研究所 メゾスコピック計測研究センター 広帯域相関計測解析研究部門
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
熊谷 崇
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
湊丈 俊,上田 正
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
赤外領域に共鳴をもつアミドI振動はタンパク質の二次構造を反映されているとされ、これらの振動を一タンパク質レベルで測定することでタンパク質の構造変化や相互作用を実時空間で明らかにできる可能性がある。分子研熊谷グループでは原子間力顕微鏡(AFM)の金属探針先端に形成される近接場を用いたnano-FTIR法に基づいてこれに必要な感度を達成していた。しかしながら、nano-FTIRで用いているAFMの数十nm程度の空間分解能では、一タンパク質を測定しているという実験的な確証が得られなかった。そこで高分解能AFMを用いて、タンパク質が単離されて表面に吸着されているかを確認し、加えて個々のタンパク質の機械特性を測定した。
実験 / Experimental
原子レベルで平坦な金基板の上にタンパク質を低濃度で吸着させた試料をpeak force tappingに基づく高分解能AFMを用いて大気中で測定した。特に観測される孤立粒子の形状が期待されるタンパク質のもの(~3 nm x 3 nm x 10 nm)と一致しているかに重点を置いた。さらに、peak force値を変えながら形状測定を行うことで、タンパク質の機械特性を調べた。
結果と考察 / Results and Discussion
高分解能AFMで測定をすることで、原子レベルで平坦な金表面の上に一タンパク質が単離されて吸着されていることが確認された。二タンパク質以上が凝集しているものがいくつかあることも確認された。また、機械特性を調べることで~1 nN以下のpeak forceではタンパク質の弾性的な歪みは無視できるが、それ以上になると0.5 ~ 1 nm程度、タンパク質が歪むことが分かった。 同一の試料を分子研熊谷グループにおいてnano-FTIR分光法で測定することで、一タンパク質由来の振動信号を定量的に議論することが可能となった。また時折期待されるより大きな振動共鳴信号が得られるのは凝集したタンパク質由来であることが示唆された。一タンパク質と思われる粒子は形状的な高さが小さく見える傾向があったが、機械特性の測定によって弾性的な歪みの効果があることが分かった。 バイオマテリアルにおいては、生体分子を表面に吸着して用いることが多々ある。今回得られた知見と高感度nano-FTIR分光法を組み合わせることで、今後表面におけるタンパク質やDNAの局所構造の理解が進むと考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 西田純、大友章裕、飯野亮太、熊谷崇、“高次復調赤外近接場分光による単一タンパク質振動分光” 分子科学討論会、令和４年９月２１日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件