2026/04/15 更新

写真a

タニ トモミ
谷 知己
TANI Tomomi
所属
理工学術院 教授
その他担当機関
理工学研究科生命科学専攻博士課程前期課程
理工学研究科生命科学専攻博士課程後期課程
連絡先
メールによる問い合わせは《こちら》から
外部リンク

学位

  • 博士(理学) ( 東京大学 )

  • 修士(理学) ( 筑波大学 )

学歴

  • 1998年3月
     

    東京大学   理学系研究科   生物科学専攻   博士後期   修了

  • 1994年3月
     

    筑波大学   生物科学研究科   生物物理化学専攻   博士前期   修了

  • 1992年3月
     

    筑波大学   第二学群 生物学類   卒業

経歴

  • 2026年4月 - 現在

    中央大学 理工学術院   生命科学科   教授

  • 2025年4月 - 2026年3月

    産業技術総合研究所   生命工学領域 モレキュラーバイオシステム研究部門   研究グループ長

  • 2022年4月 - 2025年3月

    産業技術総合研究所   生命工学領域 バイオメディカル研究部門   研究グループ長

  • 2019年7月 - 2022年3月

    産業技術総合研究所   生命工学領域 バイオメディカル研究部門   主任研究員

  • 2010年4月 - 2019年6月

    Marine Biological Laboratory,   Eugene Bell Center for Regenerative Biology and Tissue Engineering   Associate Scientist

  • 2005年3月 - 2010年3月

    北海道大学   電子科学研究所   准教授

  • 2000年4月 - 2005年2月

    東京都臨床医学総合研究所   研究員

  • 1998年4月 - 2000年3月

    Pacific Biomedical Research Center, University of Hawaii   Postdoctral Fellow

▼全件表示

所属学協会

  • 1994年 - 現在

    日本生物物理学会

研究分野

  • ライフサイエンス / 生物物理学  / 光学顕微鏡 ライブイメージング 細胞運動 蛍光偏光 蛍光1分子観察

論文

  • Live-cell imaging under centrifugation characterized the cellular force for nuclear centration in the Caenorhabditis elegans embryo. 国際誌

    Makoto Goda, Michael Shribak, Zenki Ikeda, Naobumi Okada, Tomomi Tani, Gohta Goshima, Rudolf Oldenbourg, Akatsuki Kimura

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   121 ( 43 )   e2402759121   2024年10月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Organelles in cells are appropriately positioned, despite crowding in the cytoplasm. However, our understanding of the force required to move large organelles, such as the nucleus, inside the cytoplasm is limited, in part owing to a lack of accurate methods for measurement. We devised a method to apply forces to the nucleus of living Caenorhabditis elegans embryos to measure the force generated inside the cell. We used a centrifuge polarizing microscope to apply centrifugal force and orientation-independent differential interference contrast microscopy to characterize the mass density of the nucleus and cytoplasm. The cellular forces moving the nucleus toward the cell center increased linearly at ~12 pN/μm depending on the distance from the center. The frictional coefficient was ~980 pN s/μm. The measured values were smaller than the previously reported estimates for sea urchin embryos. The forces were consistent with the centrosome-organelle mutual pulling model for nuclear centration. The frictional coefficient was reduced when microtubules were shorter or detached from nuclei in mutant embryos, demonstrating the contribution of astral microtubules. Finally, the frictional coefficient was higher than a theoretical estimate, indicating the contribution of uncharacterized properties of the cytoplasm.

    DOI: 10.1073/pnas.2402759121

    PubMed

    researchmap

  • Orientation-independent-DIC imaging reveals that a transient rise in depletion attraction contributes to mitotic chromosome condensation. 国際誌

    Shiori Iida, Satoru Ide, Sachiko Tamura, Masaki Sasai, Tomomi Tani, Tatsuhiko Goto, Michael Shribak, Kazuhiro Maeshima

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   121 ( 36 )   e2403153121   2024年9月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Genomic information must be faithfully transmitted into two daughter cells during mitosis. To ensure the transmission process, interphase chromatin is further condensed into mitotic chromosomes. Although protein factors like condensins and topoisomerase IIα are involved in the assembly of mitotic chromosomes, the physical bases of the condensation process remain unclear. Depletion attraction/macromolecular crowding, an effective attractive force that arises between large structures in crowded environments around chromosomes, may contribute to the condensation process. To approach this issue, we investigated the "chromosome milieu" during mitosis of living human cells using an orientation-independent-differential interference contrast module combined with a confocal laser scanning microscope, which is capable of precisely mapping optical path differences and estimating molecular densities. We found that the molecular density surrounding chromosomes increased with the progression from prophase to anaphase, concurring with chromosome condensation. However, the molecular density went down in telophase, when chromosome decondensation began. Changes in the molecular density around chromosomes by hypotonic or hypertonic treatment consistently altered the condensation levels of chromosomes. In vitro, native chromatin was converted into liquid droplets of chromatin in the presence of cations and a macromolecular crowder. Additional crowder made the chromatin droplets stiffer and more solid-like. These results suggest that a transient rise in depletion attraction, likely triggered by the relocation of macromolecules (proteins, RNAs, and others) via nuclear envelope breakdown and by a subsequent decrease in cell volumes, contributes to mitotic chromosome condensation, shedding light on a different aspect of the condensation mechanism in living human cells.

    DOI: 10.1073/pnas.2403153121

    PubMed

    researchmap

  • Detection of Liposomes Encapsulating Neurotransmitters by Optical Trapping Raman Spectroscopy

    Kyoko Masui, Yasunori Nawa, Shunsuke Tokumitsu, Makoto Kawarai, Wataru Minoshima, Tomomi Tani, Satoshi Fujita, Hidekazu Ishitobi, Chie Hosokawa, Yasushi Inouye

    2022 Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim (CLEO-PR)   1 - 2   2022年7月

     詳細を見る

    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    DOI: 10.1109/cleo-pr62338.2022.10432655

    researchmap

  • Detection of Glutamate Encapsulated in Liposomes by Optical Trapping Raman Spectroscopy. 国際誌

    Kyoko Masui, Yasunori Nawa, Shunsuke Tokumitsu, Takahiro Nagano, Makoto Kawarai, Hirokazu Tanaka, Tatsuki Hamamoto, Wataru Minoshima, Tomomi Tani, Satoshi Fujita, Hidekazu Ishitobi, Chie Hosokawa, Yasushi Inouye

    ACS omega   7 ( 11 )   9701 - 9709   2022年3月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The transmission of neuronal information is propagated through synapses by neurotransmitters released from presynapses to postsynapses. Neurotransmitters released from the presynaptic vesicles activate receptors on the postsynaptic membrane. Glutamate acts as a major excitatory neurotransmitter for synaptic vesicles in the central nervous system. Determining the concentration of glutamate in single synaptic vesicles is essential for understanding the mechanisms of neuronal activation by glutamate in normal brain functions as well as in neurological diseases. However, it is difficult to detect and quantitatively measure the concentration of glutamate in single synaptic vesicles owing to their small size, i.e., ∼40 nm. In this study, to quantitatively evaluate the concentrations of the contents in small membrane-bound vesicles, we developed an optical trapping Raman spectroscopic system that analyzes the Raman spectra of small objects captured using optical trapping. Using artificial liposomes encapsulating glutamate that mimic synaptic vesicles, we investigated whether spontaneous Raman scattered light of glutamate can be detected from vesicles trapped at the focus using optical forces. A 575 nm laser beam was used to simultaneously perform the optical trapping of liposomes and the detection of the spontaneous Raman scattered light. The intensity of Raman scattered light that corresponds to lipid bilayers increased with time. This observation suggested that the number of liposomes increased at the focal point. The number of glutamate molecules in the trapped liposomes was estimated from the calibration curve of the Raman spectra of glutamate solutions with known concentration. This method can be used to measure the number of glutamate molecules encapsulated in synaptic vesicles in situ.

    DOI: 10.1021/acsomega.1c07206

    PubMed

    researchmap

  • Raman Imaging of Primary Cultured Hippocampal Neuron for Evaluating Neuronal Maturation

    Takahiro Nagano, Kyoko Masui, Yasunori Nawa, Hidekazu Ishitobi, Tomomi Tani, Satoshi Fujita, Katsumasa Fujita, Chie Hosokawa, Yasushi Inouye

    Proceedings of the 2022 Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim   CThA15E_04 - CThA15E_04   2022年

     詳細を見る

    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:Optica Publishing Group  

    We investigated the distribution changes of cytochrome c in mitochondria of neurons by Raman imaging. Cytochrome c gradually spread to neurites, implying that mitochondria increased in areas of high energy demand, including synaptic site.

    DOI: 10.1364/cleopr.2022.ctha15e_04

    researchmap

  • Development of nanobody-based POLArIS orientation probes enabled multi-color/multi-target orientation imaging in living cells. 国際誌

    Nori Nakai, Keisuke Sato, Tomomi Tani, Masahiko Kawagishi, Hiromasa Ka, Kenta Saito, Sumio Terada

    Biochemical and biophysical research communications   565   50 - 56   2021年8月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Fluorescence polarization microscopy (FPM) can visualize the dipole orientation of fluorescent molecules and has been used for analyzing architectural dynamics of biomolecules including cytoskeletal proteins. To monitor the orientation of target molecules by FPM, target molecules need to be labeled with fluorophores in a sterically constrained manner, so that the fluorophores do not freely rotate. Recently, a versatile probe for such labeling using fluorescent proteins, POLArIS (Probe for Orientation and Localization Assessment, recognizing specific Intracellular Structures of interest), was reported. POLArIS is a fusion protein consisting of a non-immunoglobulin-based recombinant binder Affimer and a green fluorescent protein (GFP), where the Affimer and GFP are rigidly connected to each other. POLArIS probe for molecules of interest can be developed through phage display screening of Affimer. This screening is followed by the rigid connection of fluorescent proteins to the selected Affimers. The Affimer-based POLArIS, however, cannot be used with animal immune libraries for selecting specific binder clones. In addition, multi-color FPM by POLArIS was not available due to the lack of color variations of POLArIS. In this study, we have developed new versions of POLArIS with nanobodies, which are compatible with animal immune libraries, and expanded color variations of POLArIS with cyan/green/yellow/red fluorescent proteins, enabling multi-color orientation imaging for multiple targets. Using nanobody-based POLArIS orientation probes, we performed two-color FPM of F-actin and vimentin in living cells. Furthermore, we made nanobody-based POLArIS probes that have different dipole orientations for adjusting the orientation of fluorescence polarization with respect to the target molecules. These nanobody-based POLArIS with options of colors and dipole orientations will enhance the performance of this probe for broader applications of fluorescence polarization imaging in living cells, tissues, and whole organisms.

    DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.05.088

    PubMed

    researchmap

  • Postnatal structural development of mammalian Basilar Membrane provides anatomical basis for the maturation of tonotopic maps and frequency tuning. 国際誌

    Tomomi Tani, Maki Koike-Tani, Mai Thi Tran, Michael Shribak, Snezana Levic

    Scientific reports   11 ( 1 )   7581 - 7581   2021年4月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The basilar membrane (BM) of the mammalian cochlea constitutes a spiraling acellular ribbon that is intimately attached to the organ of Corti. Its graded stiffness, increasing from apex to the base of the cochlea provides the mechanical basis for sound frequency analysis. Despite its central role in auditory signal transduction, virtually nothing is known about the BM's structural development. Using polarized light microscopy, the present study characterized the architectural transformations of freshly dissected BM at time points during postnatal development and maturation. The results indicate that the BM structural elements increase progressively in size, becoming radially aligned and more tightly packed with maturation and reach the adult structural signature by postnatal day 20 (P20). The findings provide insight into structural details and developmental changes of the mammalian BM, suggesting that BM is a dynamic structure that changes throughout the life of an animal.

    DOI: 10.1038/s41598-021-87150-w

    PubMed

    researchmap

  • POLArIS, a versatile probe for molecular orientation, revealed actin filaments associated with microtubule asters in early embryos. 国際誌

    Ayana Sugizaki, Keisuke Sato, Kazuyoshi Chiba, Kenta Saito, Masahiko Kawagishi, Yuri Tomabechi, Shalin B Mehta, Hirokazu Ishii, Naoki Sakai, Mikako Shirouzu, Tomomi Tani, Sumio Terada

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   118 ( 11 )   2021年3月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Biomolecular assemblies govern the physiology of cells. Their function often depends on the changes in molecular arrangements of constituents, both in the positions and orientations. While recent advancements of fluorescence microscopy including super-resolution microscopy have enabled us to determine the positions of fluorophores with unprecedented accuracy, monitoring the orientation of fluorescently labeled molecules within living cells in real time is challenging. Fluorescence polarization microscopy (FPM) reports the orientation of emission dipoles and is therefore a promising solution. For imaging with FPM, target proteins need labeling with fluorescent probes in a sterically constrained manner, but because of difficulties in the rational three-dimensional design of protein connection, a universal method for constrained tagging with fluorophore was not available. Here, we report POLArIS, a genetically encoded and versatile probe for molecular orientation imaging. Instead of using a direct tagging approach, we used a recombinant binder connected to a fluorescent protein in a sterically constrained manner that can target specific biomolecules of interest by combining with phage display screening. As an initial test case, we developed POLArISact, which specifically binds to F-actin in living cells. We confirmed that the orientation of F-actin can be monitored by observing cells expressing POLArISact with FPM. In living starfish early embryos expressing POLArISact, we found actin filaments radially extending from centrosomes in association with microtubule asters during mitosis. By taking advantage of the genetically encoded nature, POLArIS can be used in a variety of living specimens, including whole bodies of developing embryos and animals, and also be expressed in a cell type/tissue specific manner.

    DOI: 10.1073/pnas.2019071118

    PubMed

    researchmap

  • Dynamic organization of cortical actin filaments during the ooplasmic segregation of ascidian Ciona eggs. 国際誌

    Hirokazu Ishii, Tomomi Tani

    Molecular biology of the cell   32 ( 3 )   274 - 288   2021年2月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Spatial reorganization of cytoplasm in zygotic cells is critically important for establishing the body plans of many animal species. In ascidian zygotes, maternal determinants (mRNAs) are first transported to the vegetal pole a few minutes after fertilization and then to the future posterior side of the zygotes in a later phase of cytoplasmic reorganization, before the first cell division. Here, by using a novel fluorescence polarization microscope that reports the position and the orientation of fluorescently labeled proteins in living cells, we mapped the local alignments and the time-dependent changes of cortical actin networks in Ciona eggs. The initial cytoplasmic reorganization started with the contraction of vegetal hemisphere approximately 20 s after the fertilization-induced [Ca2+] increase. Timing of the vegetal contraction was consistent with the emergence of highly aligned actin filaments at the cell cortex of the vegetal hemisphere, which ran perpendicular to the animal-vegetal axis. We propose that the cytoplasmic reorganization is initiated by the local contraction of laterally aligned cortical actomyosin in the vegetal hemisphere, which in turn generates the directional movement of cytoplasm within the whole egg.

    DOI: 10.1091/mbc.E20-01-0083

    PubMed

    researchmap

  • Deuterated Glutamate-Mediated Neuronal Activity on Micro-Electrode Arrays. 国際誌

    Wataru Minoshima, Kyoko Masui, Tomomi Tani, Yasunori Nawa, Satoshi Fujita, Hidekazu Ishitobi, Chie Hosokawa, Yasushi Inouye

    Micromachines   11 ( 9 )   2020年8月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The excitatory synaptic transmission is mediated by glutamate in neuronal networks of the mammalian brain. In addition to the synaptic glutamate, extra-synaptic glutamate is known to modulate the neuronal activity. In neuronal networks, glutamate uptake is an important role of neurons and glial cells for lowering the concentration of extracellular glutamate and to avoid the excitotoxicity by glutamate. Monitoring the spatial distribution of intracellular glutamate is important to study the uptake of glutamate, but the approach has been hampered by the absence of appropriate glutamate analogs that report the localization of glutamate. Deuterium-labeled glutamate (GLU-D) is a promising tracer for monitoring the intracellular concentration of glutamate, but physiological properties of GLU-D have not been studied. Here we study the effects of extracellular GLU-D for the neuronal activity by using primary cultured rat hippocampal neurons that form neuronal networks on microelectrodes array. The frequency of firing in the spontaneous activity of neurons increased with the increasing concentration of extracellular GLU-D. The frequency of synchronized burst activity in neurons increased similarly as we observed in the spontaneous activity. These changes of the neuronal activity with extracellular GLU-D were suppressed by antagonists of glutamate receptors. These results suggest that GLU-D can be used as an analog of glutamate with equivalent effects for facilitating the neuronal activity. We anticipate GLU-D developing as a promising analog of glutamate for studying the dynamics of glutamate during neuronal activity.

    DOI: 10.3390/mi11090830

    PubMed

    researchmap

  • Birefringence Changes of Dendrites in Mouse Hippocampal Slices Revealed with Polarizing Microscopy. 国際誌

    Maki Koike-Tani, Takashi Tominaga, Rudolf Oldenbourg, Tomomi Tani

    Biophysical journal   118 ( 10 )   2366 - 2384   2020年5月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Intrinsic optical signal (IOS) imaging has been widely used to map the patterns of brain activity in vivo in a label-free manner. Traditional IOS refers to changes in light transmission, absorption, reflectance, and scattering of the brain tissue. Here, we use polarized light for IOS imaging to monitor structural changes of cellular and subcellular architectures due to their neuronal activity in isolated brain slices. To reveal fast spatiotemporal changes of subcellular structures associated with neuronal activity, we developed the instantaneous polarized light microscope (PolScope), which allows us to observe birefringence changes in neuronal cells and tissues while stimulating neuronal activity. The instantaneous PolScope records changes in transmission, birefringence, and slow axis orientation in tissue at a high spatial and temporal resolution using a single camera exposure. These capabilities enabled us to correlate polarization-sensitive IOS with traditional IOS on the same preparations. We detected reproducible spatiotemporal changes in both IOSs at the stratum radiatum in mouse hippocampal slices evoked by electrical stimulation at Schaffer collaterals. Upon stimulation, changes in traditional IOS signals were broadly uniform across the area, whereas birefringence imaging revealed local variations not seen in traditional IOS. Locations with high resting birefringence produced larger stimulation-evoked birefringence changes than those produced at low resting birefringence. Local application of glutamate to the synaptic region in CA1 induced an increase in both transmittance and birefringence signals. Blocking synaptic transmission with inhibitors CNQX (for AMPA-type glutamate receptor) and D-APV (for NMDA-type glutamate receptor) reduced the peak amplitude of the optical signals. Changes in both IOSs were enhanced by an inhibitor of the membranous glutamate transporter, DL-TBOA. Our results indicate that the detection of activity-induced structural changes of the subcellular architecture in dendrites is possible in a label-free manner.

    DOI: 10.1016/j.bpj.2020.03.016

    PubMed

    researchmap

  • Radial alignment of microtubules through tubulin polymerization in an evaporating droplet. 国際誌

    Jakia Jannat Keya, Hiroki Kudoh, Arif Md Rashedul Kabir, Daisuke Inoue, Nobuyoshi Miyamoto, Tomomi Tani, Akira Kakugo, Kazuhiro Shikinaka

    PloS one   15 ( 4 )   e0231352   2020年

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We report the formation of spherulites from droplets of highly concentrated tubulin solution via nucleation and subsequent polymerization to microtubules (MTs) under water evaporation by heating. Radial alignment of MTs in the spherulites was confirmed by the optical properties of the spherulites observed using polarized optical microscopy and fluorescence microscopy. Temperature and concentration of tubulins were found as important parameters to control the spherulite pattern formation of MTs where evaporation plays a significant role. The alignment of MTs was regulated reversibly by temperature induced polymerization and depolymerization of tubulins. The formation of the MTs patterns was also confirmed at the molecular level from the small angle X-ray measurements. This work provides a simple method for obtaining radially aligned arrays of MTs.

    DOI: 10.1371/journal.pone.0231352

    PubMed

    researchmap

  • Genetically encoded orientation probes for F-actin for fluorescence polarization microscopy. 国際誌

    Nori Nakai, Keisuke Sato, Tomomi Tani, Kenta Saito, Fumiya Sato, Sumio Terada

    Microscopy (Oxford, England)   68 ( 5 )   359 - 368   2019年10月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Fluorescence polarization microscopy, which can visualize both position and orientation of fluorescent molecules, is useful for analyzing architectural dynamics of proteins in vivo, especially that of cytoskeletal proteins such as actin. Fluorescent phalloidin conjugates and SiR-actin can be used as F-actin orientation probes for fluorescence polarization microscopy, but a lack of appropriate methods for their introduction to living specimens especially to tissues, embryos, and whole animals hampers their applications to image the orientation of F-actin. To solve this problem, we have developed genetically encoded F-actin orientation probes for fluorescence polarization microscopy. We rigidly connected circular permutated green fluorescent protein (GFP) to the N-terminal α-helix of actin-binding protein Lifeact or utrophin calponin homology domain (UtrCH), and normal mEGFP to the C-terminal α-helix of UtrCH. After evaluation of ensemble and single particle fluorescence polarization with the instantaneous FluoPolScope, one of the constructs turned out to be suitable for practical usage in live cell imaging. Our new, genetically encoded F-actin orientation probe, which has a similar property of an F-actin probe to conventional GFP-UtrCH, is expected to report the 3D architecture of the actin cytoskeleton with fluorescence polarization microscopy, paving the way for both the single molecular orientation imaging in cultured cells and the sub-optical resolution architectural analysis of F-actin networks analysis of F-actin in various living systems.

    DOI: 10.1093/jmicro/dfz022

    PubMed

    researchmap

  • Pectin Chemistry and Cellulose Crystallinity Govern Pavement Cell Morphogenesis in a Multi-Step Mechanism. 国際誌

    Bara Altartouri, Amir J Bidhendi, Tomomi Tani, Johnny Suzuki, Christina Conrad, Youssef Chebli, Na Liu, Chithra Karunakaran, Giuliano Scarcelli, Anja Geitmann

    Plant physiology   181 ( 1 )   127 - 141   2019年9月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Simple plant cell morphologies, such as cylindrical shoot cells, are determined by the extensibility pattern of the primary cell wall, which is thought to be largely dominated by cellulose microfibrils, but the mechanism leading to more complex shapes, such as the interdigitated patterns in the epidermis of many eudicotyledon leaves, is much less well understood. Details about the manner in which cell wall polymers at the periclinal wall regulate the morphogenetic process in epidermal pavement cells and mechanistic information about the initial steps leading to the characteristic undulations in the cell borders are elusive. Here, we used genetics and recently developed cell mechanical and imaging methods to study the impact of the spatio-temporal dynamics of cellulose and homogalacturonan pectin distribution during lobe formation in the epidermal pavement cells of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) cotyledons. We show that nonuniform distribution of cellulose microfibrils and demethylated pectin coincides with spatial differences in cell wall stiffness but may intervene at different developmental stages. We also show that lobe period can be reduced when demethyl-esterification of pectins increases under conditions of reduced cellulose crystallinity. Our data suggest that lobe initiation involves a modulation of cell wall stiffness through local enrichment in demethylated pectin, whereas subsequent increase in lobe amplitude is mediated by the stress-induced deposition of aligned cellulose microfibrils. Our results reveal a key role of noncellulosic polymers in the biomechanical regulation of cell morphogenesis.

    DOI: 10.1104/pp.19.00303

    PubMed

    researchmap

  • A composition-dependent molecular clutch between T cell signaling condensates and actin. 国際誌

    Jonathon A Ditlev, Anthony R Vega, Darius Vasco Köster, Xiaolei Su, Tomomi Tani, Ashley M Lakoduk, Ronald D Vale, Satyajit Mayor, Khuloud Jaqaman, Michael K Rosen

    eLife   8   2019年7月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    During T cell activation, biomolecular condensates form at the immunological synapse (IS) through multivalency-driven phase separation of LAT, Grb2, Sos1, SLP-76, Nck, and WASP. These condensates move radially at the IS, traversing successive radially-oriented and concentric actin networks. To understand this movement, we biochemically reconstituted LAT condensates with actomyosin filaments. We found that basic regions of Nck and N-WASP/WASP promote association and co-movement of LAT condensates with actin, indicating conversion of weak individual affinities to high collective affinity upon phase separation. Condensates lacking these components were propelled differently, without strong actin adhesion. In cells, LAT condensates lost Nck as radial actin transitioned to the concentric network, and engineered condensates constitutively binding actin moved aberrantly. Our data show that Nck and WASP form a clutch between LAT condensates and actin in vitro and suggest that compositional changes may enable condensate movement by distinct actin networks in different regions of the IS.

    DOI: 10.7554/eLife.42695

    PubMed

    researchmap

  • Single nucleosome imaging reveals loose genome chromatin networks via active RNA polymerase II. 国際誌

    Ryosuke Nagashima, Kayo Hibino, S S Ashwin, Michael Babokhov, Shin Fujishiro, Ryosuke Imai, Tadasu Nozaki, Sachiko Tamura, Tomomi Tani, Hiroshi Kimura, Michael Shribak, Masato T Kanemaki, Masaki Sasai, Kazuhiro Maeshima

    The Journal of cell biology   218 ( 5 )   1511 - 1530   2019年5月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Although chromatin organization and dynamics play a critical role in gene transcription, how they interplay remains unclear. To approach this issue, we investigated genome-wide chromatin behavior under various transcriptional conditions in living human cells using single-nucleosome imaging. While transcription by RNA polymerase II (RNAPII) is generally thought to need more open and dynamic chromatin, surprisingly, we found that active RNAPII globally constrains chromatin movements. RNAPII inhibition or its rapid depletion released the chromatin constraints and increased chromatin dynamics. Perturbation experiments of P-TEFb clusters, which are associated with active RNAPII, had similar results. Furthermore, chromatin mobility also increased in resting G0 cells and UV-irradiated cells, which are transcriptionally less active. Our results demonstrated that chromatin is globally stabilized by loose connections through active RNAPII, which is compatible with models of classical transcription factories or liquid droplet formation of transcription-related factors. Together with our computational modeling, we propose the existence of loose chromatin domain networks for various intra-/interchromosomal contacts via active RNAPII clusters/droplets.

    DOI: 10.1083/jcb.201811090

    PubMed

    researchmap

  • Direction of actin flow dictates integrin LFA-1 orientation during leukocyte migration. 国際誌

    Pontus Nordenfelt, Travis I Moore, Shalin B Mehta, Joseph Mathew Kalappurakkal, Vinay Swaminathan, Nobuyasu Koga, Talley J Lambert, David Baker, Jennifer C Waters, Rudolf Oldenbourg, Tomomi Tani, Satyajit Mayor, Clare M Waterman, Timothy A Springer

    Nature communications   8 ( 1 )   2047 - 2047   2017年12月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Integrin αβ heterodimer cell surface receptors mediate adhesive interactions that provide traction for cell migration. Here, we test whether the integrin, when engaged to an extracellular ligand and the cytoskeleton, adopts a specific orientation dictated by the direction of actin flow on the surface of migrating cells. We insert GFP into the rigid, ligand-binding head of the integrin, model with Rosetta the orientation of GFP and its transition dipole relative to the integrin head, and measure orientation with fluorescence polarization microscopy. Cytoskeleton and ligand-bound integrins orient in the same direction as retrograde actin flow with their cytoskeleton-binding β-subunits tilted by applied force. The measurements demonstrate that intracellular forces can orient cell surface integrins and support a molecular model of integrin activation by cytoskeletal force. Our results place atomic, Å-scale structures of cell surface receptors in the context of functional and cellular, μm-scale measurements.

    DOI: 10.1038/s41467-017-01848-y

    PubMed

    researchmap

  • Density imaging of heterochromatin in live cells using orientation-independent-DIC microscopy. 国際誌

    Ryosuke Imai, Tadasu Nozaki, Tomomi Tani, Kazunari Kaizu, Kayo Hibino, Satoru Ide, Sachiko Tamura, Koichi Takahashi, Michael Shribak, Kazuhiro Maeshima

    Molecular biology of the cell   28 ( 23 )   3349 - 3359   2017年11月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    In eukaryotic cells, highly condensed inactive/silenced chromatin has long been called "heterochromatin." However, recent research suggests that such regions are in fact not fully transcriptionally silent and that there exists only a moderate access barrier to heterochromatin. To further investigate this issue, it is critical to elucidate the physical properties of heterochromatin such as its total density in live cells. Here, using orientation-independent differential interference contrast (OI-DIC) microscopy, which is capable of mapping optical path differences, we investigated the density of the total materials in pericentric foci, a representative heterochromatin model, in live mouse NIH3T3 cells. We demonstrated that the total density of heterochromatin (208 mg/ml) was only 1.53-fold higher than that of the surrounding euchromatic regions (136 mg/ml) while the DNA density of heterochromatin was 5.5- to 7.5-fold higher. We observed similar minor differences in density in typical facultative heterochromatin, the inactive human X chromosomes. This surprisingly small difference may be due to that nonnucleosomal materials (proteins/RNAs) (∼120 mg/ml) are dominant in both chromatin regions. Monte Carlo simulation suggested that nonnucleosomal materials contribute to creating a moderate access barrier to heterochromatin, allowing minimal protein access to functional regions. Our OI-DIC imaging offers new insight into the live cellular environments.

    DOI: 10.1091/mbc.E17-06-0359

    PubMed

    researchmap

  • Actin retrograde flow actively aligns and orients ligand-engaged integrins in focal adhesions. 国際誌

    Vinay Swaminathan, Joseph Mathew Kalappurakkal, Shalin B Mehta, Pontus Nordenfelt, Travis I Moore, Nobuyasu Koga, David A Baker, Rudolf Oldenbourg, Tomomi Tani, Satyajit Mayor, Timothy A Springer, Clare M Waterman

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   114 ( 40 )   10648 - 10653   2017年10月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Integrins are transmembrane receptors that, upon activation, bind extracellular ligands and link them to the actin filament (F-actin) cytoskeleton to mediate cell adhesion and migration. Cytoskeletal forces in migrating cells generated by polymerization- or contractility-driven "retrograde flow" of F-actin from the cell leading edge have been hypothesized to mediate integrin activation for ligand binding. This predicts that these forces should align and orient activated, ligand-bound integrins at the leading edge. Here, polarization-sensitive fluorescence microscopy of GFP-αVβ3 integrins in fibroblasts shows that integrins are coaligned in a specific orientation within focal adhesions (FAs) in a manner dependent on binding immobilized ligand and a talin-mediated linkage to the F-actin cytoskeleton. These findings, together with Rosetta modeling, suggest that integrins in FA are coaligned and may be highly tilted by cytoskeletal forces. Thus, the F-actin cytoskeleton sculpts an anisotropic molecular scaffold in FAs, and this feature may underlie the ability of migrating cells to sense directional extracellular cues.

    DOI: 10.1073/pnas.1701136114

    PubMed

    researchmap

  • Dynamic Organization of Chromatin Domains Revealed by Super-Resolution Live-Cell Imaging. 国際誌

    Tadasu Nozaki, Ryosuke Imai, Mai Tanbo, Ryosuke Nagashima, Sachiko Tamura, Tomomi Tani, Yasumasa Joti, Masaru Tomita, Kayo Hibino, Masato T Kanemaki, Kerstin S Wendt, Yasushi Okada, Takeharu Nagai, Kazuhiro Maeshima

    Molecular cell   67 ( 2 )   282 - 293   2017年7月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The eukaryotic genome is organized within cells as chromatin. For proper information output, higher-order chromatin structures can be regulated dynamically. How such structures form and behave in various cellular processes remains unclear. Here, by combining super-resolution imaging (photoactivated localization microscopy [PALM]) and single-nucleosome tracking, we developed a nuclear imaging system to visualize the higher-order structures along with their dynamics in live mammalian cells. We demonstrated that nucleosomes form compact domains with a peak diameter of ∼160 nm and move coherently in live cells. The heterochromatin-rich regions showed more domains and less movement. With cell differentiation, the domains became more apparent, with reduced dynamics. Furthermore, various perturbation experiments indicated that they are organized by a combination of factors, including cohesin and nucleosome-nucleosome interactions. Notably, we observed the domains during mitosis, suggesting that they act as building blocks of chromosomes and may serve as information units throughout the cell cycle.

    DOI: 10.1016/j.molcel.2017.06.018

    PubMed

    researchmap

  • Simultaneous imaging of multiple cellular events using high-accuracy fluorescence polarization microscopy. 国際誌

    Sang-Yeob Kim, Yoshiyuki Arai, Tomomi Tani, Hirofumi Takatsuka, Yoshiharu Saito, Takayuki Kawashima, Shojiro Kawakami, Atsushi Miyawaki, Takeharu Nagai

    Microscopy (Oxford, England)   66 ( 2 )   110 - 119   2017年4月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Förster resonance energy transfer (FRET) has been widely used to design indicators for biomolecules. Conventional FRET-based indicators enable quantitative measurements of analyzes by calculating the ratio between donor and acceptor fluorophores. However, such 'hetero-FRET'-based indicators, which use multiple differently colored fluorophores, restrict the simultaneous use of other colors of fluorescent molecules. To overcome this problem, we developed a 'homo-FRET'-based Ca2+ indicator, W-Cameleon, composed of two identical yellow fluorescent proteins. The binding of Ca2+ to the indicator induces a change in FRET efficiency, which in turn transforms into changes in fluorescence anisotropy. Given that the fluorescence polarization is depolarized by light passing through a high numerical aperture lens and reflecting on a dichroic mirror, we also developed a microscopy technique that reliably detects fluorescence anisotropy with high precision. Our design is aided by photonic-crystal technology, to compensate for the fluorescence depolarization. We thereby succeeded in the simultaneous visualization of three individual intracellular events by using three different fluorescent indicators. Our system may contribute to an expansion of the number of events that can be observed, which will enable a more quantitative understanding of biological phenomena.

    DOI: 10.1093/jmicro/dfw110

    PubMed

    researchmap

  • Dissection of molecular assembly dynamics by tracking orientation and position of single molecules in live cells. 国際誌

    Shalin B Mehta, Molly McQuilken, Patrick J La Riviere, Patricia Occhipinti, Amitabh Verma, Rudolf Oldenbourg, Amy S Gladfelter, Tomomi Tani

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   113 ( 42 )   E6352-E6361   2016年10月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Regulation of order, such as orientation and conformation, drives the function of most molecular assemblies in living cells but remains difficult to measure accurately through space and time. We built an instantaneous fluorescence polarization microscope, which simultaneously images position and orientation of fluorophores in living cells with single-molecule sensitivity and a time resolution of 100 ms. We developed image acquisition and analysis methods to track single particles that interact with higher-order assemblies of molecules. We tracked the fluctuations in position and orientation of molecules from the level of an ensemble of fluorophores down to single fluorophores. We tested our system in vitro using fluorescently labeled DNA and F-actin, in which the ensemble orientation of polarized fluorescence is known. We then tracked the orientation of sparsely labeled F-actin network at the leading edge of migrating human keratinocytes, revealing the anisotropic distribution of actin filaments relative to the local retrograde flow of the F-actin network. Additionally, we analyzed the position and orientation of septin-GFP molecules incorporated in septin bundles in growing hyphae of a filamentous fungus. Our data indicate that septin-GFP molecules undergo positional fluctuations within ∼350 nm of the binding site and angular fluctuations within ∼30° of the central orientation of the bundle. By reporting position and orientation of molecules while they form dynamic higher-order structures, our approach can provide insights into how micrometer-scale ordered assemblies emerge from nanoscale molecules in living cells.

    PubMed

    researchmap

  • Living Cells and Dynamic Molecules Observed with the Polarized Light Microscope: the Legacy of Shinya Inoué. 国際誌

    Tomomi Tani, Michael Shribak, Rudolf Oldenbourg

    The Biological bulletin   231 ( 1 )   85 - 95   2016年8月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    In 1948, Shinya Inoué arrived in the United States for graduate studies at Princeton. A year later he came to Woods Hole, starting a long tradition of summer research at the Marine Biological Laboratory (MBL), which quickly became Inoué's scientific home. Primed by his Japanese mentor, Katsuma Dan, Inoué followed Dan's mantra to work with healthy, living cells, on a fundamental problem (mitosis), with a unique tool set that he refined for precise and quantitative observations (polarized light microscopy), and a fresh and brilliant mind that was unafraid of challenging current dogma. Building on this potent combination, Inoué contributed landmark observations and concepts in cell biology, including the notion that there are dynamic, fine structures inside living cells, in which molecular assemblies such as mitotic spindle fibers exist in delicate equilibrium with their molecular building blocks suspended in the cytoplasm. In the late 1970s and 1980s, Inoué and others at the MBL were instrumental in conceiving video microscopy, a groundbreaking technique which married light microscopy and electronic imaging, ushering in a revolution in how we know and what we know about living cells and the molecular mechanisms of life. Here, we recount some of Inoué's accomplishments and describe how his legacy has shaped current activities in polarized light imaging at the MBL.

    PubMed

    researchmap

  • Polarized light microscopy in reproductive and developmental biology 国際誌

    Maki Koike-Tani, Tomomi Tani, Shalin B. Mehta, Amitabh Verma, Rudolf Oldenbourg

    Molecular Reproduction and Development   82 ( 7-8 )   548 - 562   2015年7月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1002/mrd.22221

    Scopus

    PubMed

    researchmap

  • Cytoplasmic Nucleation and Atypical Branching Nucleation Generate Endoplasmic Microtubules inPhyscomitrella patens 国際誌

    Yuki Nakaoka, Akatsuki Kimura, Tomomi Tani, Gohta Goshima

    The Plant Cell   27 ( 1 )   228 - 242   2015年1月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

    Abstract

    The mechanism underlying microtubule (MT) generation in plants has been primarily studied using the cortical MT array, in which fixed-angled branching nucleation and katanin-dependent MT severing predominate. However, little is known about MT generation in the endoplasm. Here, we explored the mechanism of endoplasmic MT generation in protonemal cells of Physcomitrella patens. We developed an assay that utilizes flow cell and oblique illumination fluorescence microscopy, which allowed visualization and quantification of individual MT dynamics. MT severing was infrequently observed, and disruption of katanin did not severely affect MT generation. Branching nucleation was observed, but it showed markedly variable branch angles and was occasionally accompanied by the transport of nucleated MTs. Cytoplasmic nucleation at seemingly random locations was most frequently observed and predominated when depolymerized MTs were regrown. The MT nucleator γ-tubulin was detected at the majority of the nucleation sites, at which a single MT was generated in random directions. When γ-tubulin was knocked down, MT generation was significantly delayed in the regrowth assay. However, nucleation occurred at a normal frequency in steady state, suggesting the presence of a γ-tubulin-independent backup mechanism. Thus, endoplasmic MTs in this cell type are generated in a less ordered manner, showing a broader spectrum of nucleation mechanisms in plants.

    DOI: 10.1105/tpc.114.134817

    PubMed

    researchmap

  • Septin assemblies form by diffusion-driven annealing on membranes 査読

    Andrew A. Bridges, Huaiying Zhang, Shalin B. Mehta, Patricia Occhipinti, Tomomi Tani, Amy S. Gladfelter

    Proceedings of the National Academy of Sciences   111 ( 6 )   2146 - 2151   2014年1月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1073/pnas.1314138111

    researchmap

  • Flexible and dynamic nucleosome fiber in living mammalian cells 査読 国際誌

    Tadasu Nozaki, Kazunari Kaizu, Chan-Gi Pack, Sachiko Tamura, Tomomi Tani, Saera Hihara, Takeharu Nagai, Koichi Takahashi, Kazuhiro Maeshima

    NUCLEUS-AUSTIN   4 ( 5 )   349 - 356   2013年9月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.4161/nucl.26053

    Web of Science

    PubMed

    researchmap

  • Local nucleosome dynamics facilitate chromatin accessibility in living mammalian cells. 国際誌

    Saera Hihara, Chan-Gi Pack, Kazunari Kaizu, Tomomi Tani, Tomo Hanafusa, Tadasu Nozaki, Satoko Takemoto, Tomohiko Yoshimi, Hideo Yokota, Naoko Imamoto, Yasushi Sako, Masataka Kinjo, Koichi Takahashi, Takeharu Nagai, Kazuhiro Maeshima

    Cell reports   2 ( 6 )   1645 - 56   2012年12月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Genome information, which is three-dimensionally organized within cells as chromatin, is searched and read by various proteins for diverse cell functions. Although how the protein factors find their targets remains unclear, the dynamic and flexible nature of chromatin is likely crucial. Using a combined approach of fluorescence correlation spectroscopy, single-nucleosome imaging, and Monte Carlo computer simulations, we demonstrate local chromatin dynamics in living mammalian cells. We show that similar to interphase chromatin, dense mitotic chromosomes also have considerable chromatin accessibility. For both interphase and mitotic chromatin, we observed local fluctuation of individual nucleosomes (~50 nm movement/30 ms), which is caused by confined Brownian motion. Inhibition of these local dynamics by crosslinking impaired accessibility in the dense chromatin regions. Our findings show that local nucleosome dynamics drive chromatin accessibility. We propose that this local nucleosome fluctuation is the basis for scanning genome information.

    DOI: 10.1016/j.celrep.2012.11.008

    PubMed

    researchmap

  • Reconstitution of dynamic microtubules with Drosophila XMAP215, EB1, and Sentin

    Wenjing Li, Takashi Moriwaki, Tomomi Tani, Takashi Watanabe, Kozo Kaibuchi, Gohta Goshima

    Journal of Cell Biology   199 ( 5 )   849 - 862   2012年11月

     詳細を見る

    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Rockefeller University Press  

    Dynamic microtubules (MTs) are essential for various intracellular events, such as mitosis. In Drosophila melanogaster S2 cells, three MT tip-localizing proteins, Msps/XMAP215, EB1, and Sentin (an EB1 cargo protein), have been identified as being critical for accelerating MT growth and promoting catastrophe events, thus resulting in the formation of dynamic MTs. However, the molecular activity of each protein and the basis of the modulation of MT dynamics by these three factors are unknown. In this paper, we showed in vitro that XMAP215msps had a potent growth-promoting activity at a wide range of tubulin concentrations, whereas Sentin, when recruited by EB1 to the growing MT tip, accelerated growth and also increased catastrophe frequency. When all three factors were combined, the growth rate was synergistically enhanced, and rescue events were observed most frequently, but frequent catastrophes restrained the lengthening of the MTs. We propose that MT dynamics are promoted by the independent as well as the cooperative action of XMAP215msps polymerase and the EB1–Sentin duo.

    DOI: 10.1083/jcb.201206101

    researchmap

  • Facilitated intracellular transport of TrkA by an interaction with nerve growth factor. 国際誌

    Mami Nomura, Takeharu Nagai, Yoshie Harada, Tomomi Tani

    Developmental neurobiology   71 ( 7 )   634 - 49   2011年7月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Intracellular transport of neurotrophin receptors together with neurotrophins is one of the key events of neurotrophin signaling for the growth and the survival of neurons. However, the involvement of neurotrophin signaling in the regulation of intracellular transport of neurotrophin receptors has been remained unclear. We visualized the behavior of TrkA, a receptor of nerve growth factor (NGF), by labeling with GFP in PC12 cells. We found remarkable changes of the behavior of TrkA-GFP upon the application of NGF. Before the application, only ~37% of the fluorescent dots of TrkA showed translocations along neurites of PC12 cells. After the application, number of the dots showing the directional movement increased to ~65%. The averaged velocities of the directional movement of TrkA-GFP dots became higher after the application of NGF. We tested the idea whether NGF binding accelerated the translocations of TrkA by simultaneously observing TrkA-GFP and fluorescently labeled NGF, Cy3.5-NGF. The velocity of TrkA-GFP dots associated with Cy3.5-NGF was remarkably higher than that of TrkA-GFP dots without Cy3.5-NGF. On the basis of these observations, we hypothesize that there is a signaling mechanism within a single vesicle that facilitates the intracellular transport of each vesicle containing the activated TrkA.

    DOI: 10.1002/dneu.20879

    PubMed

    researchmap

  • Conjugation of both on-axis and off-axis light in Nipkow disk confocal microscope to increase availability of incoherent light source.

    Kenta Saito, Yoshiyuki Arai, Jize Zhang, Kentaro Kobayashi, Tomomi Tani, Takeharu Nagai

    Cell structure and function   36 ( 2 )   237 - 46   2011年

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Laser-scanning confocal microscopy has been employed for exploring structures at subcellular, cellular and tissue level in three dimensions. To acquire the confocal image, a coherent light source, such as laser, is generally required in conventional single-point scanning microscopy. The illuminating beam must be focused onto a small spot with diffraction-limited size, and this determines the spatial resolution of the microscopy system. In contrast, multipoint scanning confocal microscopy using a Nipkow disk enables the use of an incoherent light source. We previously demonstrated successful application of a 100 W mercury arc lamp as a light source for the Yokogawa confocal scanner unit in which a microlens array was coupled with a Nipkow disk to focus the collimated incident light onto a pinhole (Saito et al., Cell Struct. Funct., 33: 133-141, 2008). However, transmission efficiency of incident light through the pinhole array was low because off-axis light, the major component of the incident light, was blocked by the non-aperture area of the disk. To improve transmission efficiency, we propose an optical system in which off-axis light is able to be transmitted through pinholes surrounding the pinhole located on the optical axis of the collimator lens. This optical system facilitates the use of not only the on-axis but also the off-axis light such that the available incident light is considerably improved. As a result, we apply the proposed system to high-speed confocal and multicolor imaging both with a satisfactory signal-to-noise ratio.

    PubMed

    researchmap

  • 2N1424 Conjugation of aslant incident light in Nipkow disk confocal microscope to increase availability of incoherent light source(Bioimaging 2,The 48th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan)

    Saito Kenta, Arai Yoshiyuki, Zhang Jize, Tani Tomomi, Nagai Takeharu

    生物物理   51   S99   2011年

     詳細を見る

    記述言語:英語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.51.S99_4

    researchmap

  • Particle Tracking of Intracellular Trafficking of Octaarginine-modified Liposomes: A Comparative Study With Adenovirus

    Hidetaka Akita, Kaoru Enoto, Tomoya Masuda, Hiroyuki Mizuguchi, Tomomi Tani, Hideyoshi Harashima

    Molecular Therapy   18 ( 5 )   955 - 964   2010年5月

     詳細を見る

    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1038/mt.2010.33

    researchmap

  • An ultramarine fluorescent protein with increased photostability and pH insensitivity. 国際誌

    Wataru Tomosugi, Tomoki Matsuda, Tomomi Tani, Tomomi Nemoto, Ippei Kotera, Kenta Saito, Kazuki Horikawa, Takeharu Nagai

    Nature methods   6 ( 5 )   351 - 3   2009年5月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We report a pH-insensitive and photostable ultramarine fluorescent protein, Sirius, with an emission peak at 424 nm, the shortest emission wavelength among fluorescent proteins reported to date. The pH-insensitivity of Sirius allowed prolonged visualization of biological events in an acidic environment. Two fluorescence resonance energy transfer (FRET) pairs, Sirius-mseCFP and Sapphire-DsRed, allowed dual-FRET imaging with single-wavelength excitation, enabling detection of Ca(2+) concentration and caspase-3 activation in the same apoptotic cells.

    DOI: 10.1038/nmeth.1317

    PubMed

    researchmap

  • 3TP3-04 軸対称偏光素子を用いたGFP1分子発光双極子モーメントの3次元計測(バイオイメージング,第47回日本生物物理学会年会)

    Tani Tomomi, Nomura Mami, Saito Kenta, Nagai Takeharu

    生物物理   49   S61   2009年

     詳細を見る

    記述言語:英語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.49.S61_5

    researchmap

  • 2P-329 固定化神経成長因子によるGFP標識神経成長因子受容体の1分子トラッピング(バイオイメージング(1),第46回日本生物物理学会年会)

    Tani Tomomi, Saito Kenta, Nagai Takeharu

    生物物理   48   S125   2008年

     詳細を見る

    記述言語:英語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.48.S125_6

    researchmap

  • A mercury arc lamp-based multi-color confocal real time imaging system for cellular structure and function.

    Kenta Saito, Kentaro Kobayashi, Tomomi Tani, Takeharu Nagai

    Cell structure and function   33 ( 1 )   133 - 41   2008年

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Multi-point scanning confocal microscopy using a Nipkow disk enables the acquisition of fluorescent images with high spatial and temporal resolutions. Like other single-point scanning confocal systems that use Galvano meter mirrors, a commercially available Nipkow spinning disk confocal unit, Yokogawa CSU10, requires lasers as the excitation light source. The choice of fluorescent dyes is strongly restricted, however, because only a limited number of laser lines can be introduced into a single confocal system. To overcome this problem, we developed an illumination system in which light from a mercury arc lamp is scrambled to make homogeneous light by passing it through a multi-mode optical fiber. This illumination system provides incoherent light with continuous wavelengths, enabling the observation of a wide range of fluorophores. Using this optical system, we demonstrate both the high-speed imaging (up to 100 Hz) of intracellular Ca(2+) propagation, and the multi-color imaging of Ca(2+) and PKC-gamma dynamics in living cells.

    PubMed

    researchmap

  • Unc-51-like kinase 1/2-mediated endocytic processes regulate filopodia extension and branching of sensory axons

    Xiang Zhou, J. Ramesh Babu, Susana da Silva, Qing Shu, Isabella A. Graef, Tim Oliver, Toshifumi Tomoda, Tomomi Tani, Marie W. Wooten, Fan Wang

    Proceedings of the National Academy of Sciences   104 ( 14 )   5842 - 5847   2007年4月

     詳細を見る

    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Proceedings of the National Academy of Sciences  

    The molecular mechanism and significance of endocytic processes involved in directional axon elongation are not well understood. The Unc-51 family of serine/threonine kinases was shown to be important for axon growth and was also linked to endocytosis, providing an entry point to study this problem. We found that mouse Unc-51-like kinase 1/2 (Ulk1/2) proteins are localized to vesicular structures in growth cones of mouse spinal sensory neurons. RNAi-mediated knockdown of Ulk1 and/or Ulk2 resulted in impaired endocytosis of nerve growth factor (NGF), excessive axon arborization, and severely stunted axon elongation. The evidence also indicates that Ulk1/2 mediates a non-clathrin-coated endocytosis in sensory growth cones. Interestingly, NGF can induce the interaction of Ulk1 with TrkA receptor complexes through promoting K63-polyubiquitination of Ulk1 and binding of Ulk1 to the scaffolding protein p62. These results and additional studies suggest that Ulk1/2 proteins regulate filopodia extension and neurite branching during sensory axon outgrowth, probably through regulating TrkA receptor trafficking and signaling.

    DOI: 10.1073/pnas.0701402104

    researchmap

  • Direct observation of DNA rotation during branch migration of Holliday junction DNA by Escherichia coli RuvA-RuvB protein complex. 国際誌

    Yong-Woon Han, Tomomi Tani, Masahito Hayashi, Takashi Hishida, Hiroshi Iwasaki, Hideo Shinagawa, Yoshie Harada

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   103 ( 31 )   11544 - 8   2006年8月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The Escherichia coli RuvA-RuvB complex promotes branch migration of Holliday junction DNA, which is the central intermediate of homologous recombination. Like many DNA motor proteins, it is suggested that RuvA-RuvB promotes branch migration by driving helical rotation of the DNA. To clarify the RuvA-RuvB-mediated branch migration mechanism in more detail, we observed DNA rotation during Holliday junction branch migration by attaching a bead to one end of cruciform DNA that was fixed to a glass surface at the opposite end. Bead rotation was observed when RuvA, RuvB, and ATP were added to the solution. We measured the rotational rates of the beads caused by RuvA-RuvB-mediated branch migration at various ATP concentrations. The data provided a K(m) value of 65 microM and a V(max) value of 1.6 revolutions per second, which corresponds to 8.3 bp per second. This real-time observation of the DNA rotation not only allows us to measure the kinetics of the RuvA-RuvB-mediated branch migration, but also opens the possibility of elucidating the branch migration mechanism in detail.

    PubMed

    researchmap

  • Development of a microscopic platform for real-time monitoring of biomolecular interactions. 国際誌

    Yasuhiro Sasuga, Tomomi Tani, Masahito Hayashi, Hisashi Yamakawa, Osamu Ohara, Yoshie Harada

    Genome research   16 ( 1 )   132 - 9   2006年1月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We developed a new microscopic platform for the real-time analysis of molecular interactions by combining microbead-tagging techniques with total internal reflection fluorescent microscopy (TIRFM). The optical manipulation of probe microbeads, followed by photo immobilization on a solid surface, enabled us to generate arrays with extremely high density (>100 microbeads in a 25 microm x 25 microm area), and TIRFM made it possible to monitor the binding reactions of fluorescently labeled targets onto probe microbeads without removal of free targets. We demonstrated the high performance of this platform through analyses of interactions between antigen and antibody and between small compounds and proteins. Then, recombinant protein levels in total cellular lysates of Escherichia coli were quantified from the association kinetics using antibody-immobilized microbead arrays, which served as a model for a protein-profiling array. Furthermore, in combination with in vitro synthesis-coupled protein labeling, we could kinematically analyze the interaction of nuclear factor kappaB (p50) with DNA. These results demonstrated that this platform enabled us to: (1) monitor binding processes of fluorescently labeled targets to multiple probes in real-time without removal of free targets, (2) determine concentrations of free targets only from the association kinetics at an early phase, and (3) greatly reduce the required volume of the target solution, in principle to subnanoliter, for molecular interaction analysis. The unique features of this microbead-based microarray system open the way to explore molecular interactions with a wide range of affinities in extremely small volumes of target solutions, such as extracts from single cells.

    PubMed

    researchmap

  • 1P536 Single molecule imaging of nerve growth factor receptor trkA expressed in the growth cones of dorsal root ganglion explants(26. Single molecule biophysics,Poster Session,Abstract,Meeting Program of EABS & BSJ 2006)

    Tani Tomomi, Saito Kenta, Nagai Takeharu

    生物物理   46 ( 2 )   S280   2006年

     詳細を見る

    記述言語:英語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.46.S280_4

    researchmap

  • N-terminal signal region of FliK is dispensable for length control of the flagellar hook

    Takanori Hirano, Satoshi Shibata, Kouhei Ohnishi, Tomomi Tani, Shin-Ichi Aizawa

    Molecular Microbiology   56 ( 2 )   346 - 360   2005年3月

     詳細を見る

    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    DOI: 10.1111/j.1365-2958.2005.04615.x

    researchmap

  • Trafficking of a ligand-receptor complex on the growth cones as an essential step for the uptake of nerve growth factor at the distal end of the axon: a single-molecule analysis. 国際誌

    Tomomi Tani, Yoshikazu Miyamoto, Kazuhiro E Fujimori, Takahisa Taguchi, Toshio Yanagida, Yasushi Sako, Yoshie Harada

    The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience   25 ( 9 )   2181 - 91   2005年3月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The behavior of single molecules of neurotrophins on growth cones was observed by the use of the fluorescent conjugate of nerve growth factor (NGF), Cy3-NGF. After the application of 0.4 nm Cy3-NGF, chick dorsal root ganglion growth cones responded within 1 min of adding the stimulus by expanding their lamellipodia. Only 40 molecules of Cy3-NGF, which occupied <5% of the estimated total binding sites on a single growth cone, were required to initiate the motile responses. After binding to the high-affinity receptor, Cy3-NGF displayed lateral diffusion on the membrane of the growth cones with a diffusion constant of 0.3 microm2 s(-1). The behavior of Cy3-NGF was shifted to a one-directional rearward movement toward the central region of the growth cone. The one-directional movement of Cy3-NGF displayed the same rate as the rearward flow of actin, approximately 4 microm/min. This movement could be stopped by the application of the potent inhibitor of actin polymerization, latrunculin B. Molecules of Cy3-NGF were suggested to be internalized in the vicinity of the central region of the growth cone during this rearward trafficking, because Cy3-NGF remained in the growth cone after the growth cones had been exposed to an acidic surrounding medium: acidic medium causes the complete dissociation of Cy3-NGF from the receptors on the surface of growth cones. These results suggested that actin-driven trafficking of the NGF receptor complex is an essential step for the accumulation and endocytosis of NGF at the growth cone and for the retrograde transport of NGF toward the cell body.

    PubMed

    researchmap

  • Imaging of the fluorescence spectrum of a single fluorescent molecule by prism-based spectroscopy. 国際誌

    Yoshikazu Suzuki, Tomomi Tani, Kazuo Sutoh, Shinji Kamimura

    FEBS letters   512 ( 1-3 )   235 - 9   2002年2月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We have devised a novel method to visualize the fluorescence spectrum of a single fluorescent molecule using prism-based spectroscopy. Equipping a total internal reflection microscope with a newly designed wedge prism, we obtained a spectral image of a single rhodamine red molecule attached to an essential light chain of myosin. We also obtained a spectral image of single-pair fluorescence resonance energy transfer between rhodamine red and Cy5 in a double-labeled myosin motor domain. This method could become a useful tool to investigate the dynamic processes of biomolecules at the single-molecule level.

    PubMed

    researchmap

  • Development of periodic tension in the contractile vacuole complex membrane of paramecium governs its membrane dynamics. 国際誌

    Tomomi Tani, Takashi Tominaga, Richard D Allen, Yutaka Naitoh

    Cell biology international   26 ( 10 )   853 - 60   2002年

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The contractile vacuole complex is a membrane-bound osmoregulatory organelle of fresh water protozoa such as Paramecium. In Paramecium it consists of a central vacuole (the contractile vacuole) and 5-10 arms that radially extend from the vacuole into the cytosol (the radial arms). Excess cytosolic water, acquired osmotically, is segregated by the radial arms and enters the vacuole, so that the vacuole swells (the fluid-filling phase). The vacuole then rounds (the rounding phase) and the radial arms sever from the vacuole. The vacuole membrane then fuses with the plasma membrane at the pore region and the pore opens. The vacuole shrinks as its fluid is discharged through the pore (the fluid-discharging phase). The pore closes when the fluid has been discharged. The radial arms then reattach to the vacuole, so that the vacuole swells again as the fluid enters from the arms (the next fluid-filling phase). We found that the vacuole continued to show rounding and slackening even after it together with a small amount of cytosol had been isolated from the cell. Using a microcantilever placed on the surface of the vacuole the tension of the in vitro vacuole increased to 5 x 10(-3)N m(-1) as the vacuole rounds, and its lowest value was 1 x 10(-4)N m(-1) during slackening. We propose a hypothesis that an increase in the spontaneous curvature of the organelle's membrane leads to an increase in membrane tension and thus to the vacuole's rounding, severing of the radial arms from the vacuole, and opening of the pore. Conversely, a decrease in the spontaneous curvature accompanied by a decrease in membrane tension could lead to the closing of the pore and reattachment of the radial arm at the start of the fluid-filling phase.

    PubMed

    researchmap

  • Cellular membranes that undergo cyclic changes in tension: Direct measurement of force generation by an in vitro contractile vacuole of Paramecium multimicronucleatum 査読

    Tomomi Tani, Richard D Allen, Yutaka Naitoh

    Journal of Cell Science   114 ( 4 )   785 - 795   2001年2月

     詳細を見る

    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1242/jcs.114.4.785

    researchmap

  • Dynein-ADP as a force-generating intermediate revealed by a rapid reactivation of flagellar axoneme

    Tomomi Tani, Shinji Kamimura

    Biophysical Journal   77 ( 3 )   1518 - 1527   1999年9月

     詳細を見る

    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/S0006-3495(99)76999-7

    Scopus

    PubMed

    researchmap

  • Chemotactic responses of Dictyostelium discoideum amoebae to a cyclic AMP concentration gradient: evidence to support a spatial mechanism for sensing cyclic AMP 査読

    Tomomi Tani, Yutaka Naitoh

    Journal of Experimental Biology   202 ( 1 )   1 - 12   1999年1月

     詳細を見る

    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1242/jeb.202.1.1

    researchmap

  • Reactivation of sea-urchin sperm flagella induced by rapid photolysis of caged ATP

    Tomomi Tani, Shinji Kamimura

    Journal of Experimental Biology   201 ( 10 )   1493 - 1503   1998年5月

     詳細を見る

    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Scopus

    PubMed

    researchmap

▼全件表示

書籍等出版物

  • 細胞生物物理学者への道 : 井上信也自伝

    井上, 信也, 谷, 知己, 佐瀬, 一郎, 馬淵, 一誠

    青土社  2017年7月  ( ISBN:9784791769995

     詳細を見る

    総ページ数:373p   記述言語:日本語  

    researchmap

MISC

  • 多電極アレイ上の神経回路網における重水素化グルタミン酸に活性化された神経活動特性

    箕嶋渉, 箕嶋渉, 増井恭子, 増井恭子, 谷知己, 名和靖矩, 名和靖矩, 藤田聡史, 藤田聡史, 藤田聡史, 石飛秀和, 石飛秀和, 細川千絵, 細川千絵, 井上康志, 井上康志

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)   81st   2020年

     詳細を見る

  • 生きた細胞の中で生体分子1分子の向きと動きをみる

    谷知己

    生物物理(Web)   57 ( 3 )   2017年

     詳細を見る

  • 大口径ファイバー白色光源を用いた高速共焦点顕微鏡の開発と評価

    齊藤 健太, 谷 知己, 小林 健太郎, 永井 健治

    顕微鏡   42 ( 3 )   161 - 165   2007年

     詳細を見る

    掲載種別:記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)  

    DOI: 10.11410/kenbikyo2004.42.161

    researchmap

  • 神経細胞の軸索伸長反応を引き起こす神経成長因子のふるまい:その1 分子解析

    谷知己, 原田慶恵

    生物物理   45 ( 6 )   2005年

     詳細を見る

  • 2P136 べん毛フックの長さ調節タンパク質FliKの細胞質内での役割(細胞生物的課題 : 接着・運動・骨格・伝達・膜)

    平野 貴謙, 柴田 敏史, 谷 知己, 大西 浩平, 相沢 慎一

    生物物理   44 ( 0 )   S143   2004年

     詳細を見る

    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.44.S143_4

    researchmap

受賞

  • 日本動物学会奨励賞

    2001年   日本動物学会  

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • CRISPRイメージングによるクロマチン構造ダイナミクスの超解像解析

    研究課題/領域番号:24K02056  2024年4月 - 2027年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)  国立研究開発法人産業技術総合研究所

    高田 英昭, 三田 真理恵, 谷 知己

      詳細を見る

    配分額:16770000円 ( 直接経費:12900000円 、 間接経費:3870000円 )

    researchmap

  • ナノスケールの細胞内液滴形成を可視化する新しい蛍光異方性顕微鏡法の開発

    研究課題/領域番号:23K17398  2023年6月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的研究(開拓)  国立研究開発法人産業技術総合研究所

    谷 知己, 前島 一博, 井手 聖

      詳細を見る

    配分額:25870000円 ( 直接経費:19900000円 、 間接経費:5970000円 )

    researchmap

  • 生体超分子システムの3次元構築ダイナミクスを読み解く1分子蛍光偏光超解像技術の開発

    研究課題/領域番号:23K27149  2023年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)  国立研究開発法人産業技術総合研究所

    谷 知己, 寺田 純雄, 竹田 哲也, 佐藤 啓介

      詳細を見る

    配分額:18590000円 ( 直接経費:14300000円 、 間接経費:4290000円 )

    真核細胞の膜直下には、光学解像限界より細かいアクチンネットワークがある。これらは細胞分裂、細胞移動、細胞接着、細胞質輸送や細胞極性制御など、細胞の生命活動を支える最も基本的な細胞内構造である。アクチン骨格による細胞運動機構の最も興味深い特性は、構築の解体と再構成そのものが動的平衡状態にあり、それが力発生の原動力となっていることである。この原理に基づいた収縮環やラメリポディアなどのアクチンネットワーク動態は、長年多くの生命科学研究者を魅了しつづけてきた研究テーマである。このようなアクチンネットワークのダイナミクスを観察するために必要な空間分解能と時間分解能を両立させることは、既存の超解像技術では難しい。既存の超解像技術では時間分解能が低いためにそのダイナミクスは追跡できない。また超解像像を再構成する上での合理的なアルゴリズムは確立されていない。そこで本研究では、独自に開発を進める蛍光1分子偏光観察技術を用い、動的な微細構造を明らかにする新しい超解像顕微鏡法を確立する。遺伝子にコードされた分子配向プローブを用い、構成分子の“位置”と“向き”の時間変化を1分子単位で追跡する。限られた数の輝点像からでも、その位置情報と配向パラメータから解像限界以下の分子ネットワークを再構築することが可能な、新しい画像解析アルゴリズムを開発する。この方法により、サブ秒単位で進行するラメリポディアアクチンネットワークの自己組織化メカニズムを解明する。2023年度は超解像技術に適した光学顕微鏡システムの力学的安定性の最適化と、その安定性を担保するキャリブレーションシステムの開発をすすめた。顕微鏡ステージおよびカメラの固定を最適化することにより30nmの位置決め精度を達成した。また蛍光偏光のキャリブレーション素材として、解像限界よりも細かい既知の局在表面プラズモン共鳴パターンを持つ試料を検討した。

    researchmap

  • 生体超分子システムの3次元構築ダイナミクスを読み解く1分子蛍光偏光超解像技術の開発

    研究課題/領域番号:23H02456  2023年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)  国立研究開発法人産業技術総合研究所

    谷 知己

      詳細を見る

    配分額:18590000円 ( 直接経費:14300000円 、 間接経費:4290000円 )

    researchmap

  • 再構成アプローチで解明するダイナミンの膜切断機構とその破綻に起因する疾患発症機序

    研究課題/領域番号:19KK0180  2019年10月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))  国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))  岡山大学

    竹田 哲也, 内橋 貴之, 竹居 孝二, 西上 幸範, 谷 知己

      詳細を見る

    配分額:18330000円 ( 直接経費:14100000円 、 間接経費:4230000円 )

    骨格筋の先天性疾患である中心核ミオパチー(Centronuclear Myopathy; CNM)の患者では,興奮収縮連関に必要な細胞膜の陥入構造(T管)の形成異常により,筋収縮が正常に起こらない.先行研究において,膜リモデリングに関わるダイナミン(DNM2)とその制御に関わるBARドメイン蛋白質(BIN1)の遺伝子上の一塩基変異(SNV)が,CNM発症に関与することが知られていた.しかし,膜リモデリング異常に起因するCNMの発症機序は不明であった.本研究では,CNM変異型DNM2とBIN1の膜リモデリング機能異常について,in vitroおよびin celluloのT管様構造の再構成系を用いて,分子・細胞レベルの解析を行った.現在までに(1)CNM変異型のBIN1およびDNM2が膜リモデリング機能異常を示すこと,(2)CNM変異型DNM2では,膜切断機能に必要なGTPアーゼ活性が恒常的に亢進し,T管様構造の切断が促進されることを明らかにした.これらの研究成果に関して,原著論文2報を発表した(Fujise et al., JBC 2021;Fujise et al., Human Mutation 2021)。さらに,研究代表者がオーガナイズした第44回日本分子生物学会年会のシンポジウム「膜のリモデリングと組織化の分子基盤」(ハイブリッド開催)に国際共同研究者のMcMahon博士(MRC分子生物学研究所)を招聘し,最新の知見についての講演をしていただくと共に,チームメンバーとのディスカッションを行った.

    researchmap

  • 3次元分子配向観察法の開発と細胞内微細構造ダイナミクス研究への応用

    研究課題/領域番号:18K19962  2019年4月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(帰国発展研究)  国際共同研究加速基金(帰国発展研究)  国立研究開発法人産業技術総合研究所

    谷 知己

      詳細を見る

    配分額:61100000円 ( 直接経費:47000000円 、 間接経費:14100000円 )

    真核生物細胞の生命活動を担うオルガネラなどの様々な細胞内微細構造は、光学顕微鏡の解像度よりもはるかに細かい内部構造を持つ。近年の超解像顕微鏡法の開発により、これらの内部構造が生きた細胞で観察できるようになった。その中で立ち遅れているのは、ナノスケールの分子構造変化やその時系列ダイナミクスを生細胞で観察する技術である。本研究の目的は、タンパク質の構造変化を3次元で、生きた細胞の中で観察する超解像顕微鏡法の開発である。本研究では、偏光光学系とデジタル画像解析によって、蛍光標識されたタンパク質の3次元方向とその時間変化を生きた細胞内で観察する顕微鏡システムを開発する。本年度は、これまでに確立した全反射照明蛍光顕微鏡をベースとした分子配向観察システムに加えて、新たな偏光光学系と画像解析ソフトウェアを装備した、ライトシート蛍光顕微鏡システムを完成させた。これにより、これまで2次元的なカバーガラス上に広がる培養細胞にしか適用できなかった分子配向観察技術を、3次元空間に広がりをもつ3次元培養細胞や、オルガノイド、生体組織や個体内の細胞に適用できるようになった。共同研究者らによって開発された、遺伝子によってコードされた分子配向プローブを発現するライン化細胞の3次元培養系を確立し、内腔をもつスフェロイド状の細胞塊を形成するブタ尿細管由来の培養細胞LLCPK1の細胞骨格における、3次元分子配向の時空間変化を観察した。

    researchmap

  • Instantaneous 3D imaging of cells and tissues using polarized light microscopy

    2015年4月 - 2019年3月

    National Institute of Health  Research Project Grant Program (R01)  Marine Biological Laboratory

      詳細を見る

    担当区分:研究分担者 

    researchmap

  • エンドサイトーシスと外来因子取込を制御する細胞内シグナル伝達マシナリー(国際共同研究強化)

    研究課題/領域番号:15KK0290  2016年 - 2018年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)  北海道大学

    大場 雄介, 谷 知己

      詳細を見る

    配分額:14300000円 ( 直接経費:11000000円 、 間接経費:3300000円 )

    蛍光の偏光および異方性という特性を用いて、分子の「向き」を測定することで、生命現象における「角度」に関する情報を取得する技術を開発した。特に、細胞膜の角度(曲率)の変化を蛍光強度の変化として測定する手法を確立した。これにより、従前は電子顕微鏡でしか観察できなかった膜の曲率とその変化を、高い時間分解能(秒レベル)で光学的に観察し、エンドサイトーシスの超初期過程の細胞膜変形の光学的可視化に成功した。

    researchmap

  • Fluorescent single molecule orientation imaging in living cells

    2012年10月 - 2017年9月

    National Institute of Health  Research Project Grant Program (R01)  Marine Biological Laboratory

      詳細を見る

    担当区分:研究代表者 

    researchmap

  • 中間径フィラメント蛋白質の時空間動態制御機構の解明

    研究課題/領域番号:26293038  2014年4月 - 2017年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)  東京医科歯科大学

    寺田 純雄, 川岸 将彦, 齊藤 健太, 佐藤 啓介, 福間 剛士, 上杉 志成, 谷 知己, 佐藤 文哉, 田口 美恵, 湯浅 磨里, 笠間 健嗣, 幸田 尚

      詳細を見る

    配分額:16380000円 ( 直接経費:12600000円 、 間接経費:3780000円 )

    中間径フィラメントタンパク質についてその重合・脱重合動態を制御する分子メカニズムはほとんど解明されていない。ニューロフィラメントタンパク質を中心として研究を行い、主に以下の二つの成果を得た。まず、細胞内におけるニューロフィラメントタンパク質重合体の微細形態をその場観察する為に、アンルーフィングと呼ばれる技術を適用した標本を直接原子間力顕微鏡により観察し、その微細構造を明らかにすることに成功した。二つ目は細胞骨格タンパク質の蛍光偏光顕微鏡観察に適した蛍光標識技術の開発である。独自の蛍光タンパク質変異体を使用することにより、遺伝子にコードされる形でこの種の蛍光標識が可能となることが明らかとなった。

    researchmap

  • 革新的蛍光相関分光装置の開発

    研究課題/領域番号:26670086  2014年4月 - 2017年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究  東京医科歯科大学

    寺田 純雄, 谷井 孝至, 近藤 孝男, 神 隆, 谷 知己, 金城 政孝, 川岸 将彦, 齊藤 健太

      詳細を見る

    配分額:4030000円 ( 直接経費:3100000円 、 間接経費:930000円 )

    蛍光相関分光法を分子間相互作用検出に利用する際の大きな問題点の一つとして、計測される並進拡散が分子間相互作用検出に関して必ずしも敏感な尺度とはならないことが挙げられる。この問題を解決するために、蛍光偏光を利用し、分子間相互作用の変化に応じてより鋭敏に反応する回転拡散計測を行う、新たな蛍光相関分光装置を開発した。また高速に広い計測レンジで多チャンネルの信号の同時取得を安定して行える解析プログラムの構築にも成功した。更にこの手法の汎用化の為に重要性が明らかとなってきた蛍光標識法開発に注力し、独自の蛍光タンパク質変異体を使用することにより、新規蛍光標識技術を確立した。

    researchmap

  • 蛍光偏光観測による核ラミナのフィラメント構造と重合機構の解析

    研究課題/領域番号:26670087  2014年4月 - 2017年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究  東京医科歯科大学

    佐藤 啓介, 谷 知己, 寺田 純雄, 川岸 将彦, 齊藤 健太

      詳細を見る

    配分額:3770000円 ( 直接経費:2900000円 、 間接経費:870000円 )

    真核生物の核膜を裏打ちする核ラミナの主要構成成分であるラミンフィラメントを蛍光偏光顕微鏡で解析できるようにするため、ヒトLamin AおよびLamin B1とEGFPを立体的位置関係を固定した形で繋ぐことを試み、これに成功した。そのようにして作製したLaminB1-EGFPを、CRISPR/Cas9法によりHEK293細胞ゲノムの内在性遺伝子座に組み込んだが、測定系との相性が悪く、成果を得るに至らなかった。そこで親株をHeLa細胞にに変えてゲノムへの組み込みを行い、LaminA-EGFPについては導入に成功した。LaminB1-EGFPについても同様にHeLa細胞ゲノムへ組み込みを行っている。

    researchmap

  • タンパク質1分子モーションキャプチャー技術の開発

    2006年 - 2009年

    科学技術振興機構  戦略的な研究開発の推進 戦略的創造研究推進事業 さきがけ  北海道大学

    谷 知己

      詳細を見る

    担当区分:研究代表者 

    蛍光タンパク質を数珠状につなげた明るい蛍光マーカーを複数個、タンパク質の異なる部位に挿入し、各々の蛍光マーカー分子の向きをリアルタイムで計測することによって、生きたタンパク質の構造変化をモニターする計測技術を開発します。このタンパク質1分子のモーションキャプチャーは、構造変化に基づくタンパク質動作原理の解明のみならず、タンパク質の機能を可視化する基盤技術として生命科学に広く貢献することが期待されます。

    researchmap

    J-GLOBAL

  • DNA・mRNAの細胞内高感度可視化情報に基づく高性能人工遺伝子べクターの創製

    研究課題/領域番号:19021003  2007年 - 2008年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究  北海道大学

    秋田 英万, 小暮 健太朗, 谷 知己, 南川 典昭

      詳細を見る

    配分額:5200000円 ( 直接経費:5200000円 )

    平成20年度は、リアルタイムイメージングを駆使し、細胞内動態、特に細胞質輸送に関して人工ベクターとアデノウイルスベクター間で比較を行った。また、その輸送における微小管依存性を調べるとともに、能動的な輸送、さらには拡散速度に関してMean Square Diffusion(MSD)を算出することで定量的に解析した。さらに、小胞輸送の寄与についても解析するために人工キャリアと小胞を別々の蛍光色素によってラベルを行い、マルチカラーリアルタイムイメージングを行った。その結果、人工ベクターに関しては大部分が小胞に取り込まれた形で微小管輸送を受けていること、さらには、その速度はアデノウイルス、あるいは人工キャリアを取り込んでいない小胞と比較して優位に遅いことを明らかとした。このことは、微小管輸送は、輸送物の密度などによって速度が制限されることを示すものである。また、遺伝子発現におけるheterogeneityのメカニズムを明らかとするため、mRNAと蛋白発現に関する1細胞レベルのdual imagingを行った。蛋白発現を解析するために、ピストン蛋白とTFPとの融合蛋白発現系を用い、本mRNA発現に関しては量子ドットを用いた高感度検出の確立を行った。その結果、人工ベクターにおいては、mRNAと蛋白の発現レベルに相関が少ないことが明らかとなっている。現在、mRNAの発現レベルと蛋白の発現レベルの相関性をアデノウイルスについても解析を開始しており、本結果との比較情報をもとに論文化する予定である。さらに北陸先端大学との共同研究により、遺伝子とポロロタキサンによるナノキャリアの細胞内動態解析をおこない、律速段階の同定に成功した。

    researchmap

  • 完全定量1分子共鳴エネルギー移動測定によるタンパク質構造動態解析法の確立

    研究課題/領域番号:19042001  2007年 - 2008年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究  北海道大学

    永井 健治, 谷 知己

      詳細を見る

    配分額:6000000円 ( 直接経費:6000000円 )

    本研究は、1タンパク質レベルにおけるFRETのエネルギー移動効率とドナー・アクセプター分子間の相対角度の測定を同時に行う技術を開発し、タンパク質の立体構造変化を解析する手法を確立することが目的である。今年度は、calmodulinタンパク質のN末端とC末端にCy3、Cy5などの蛍光団を標識したものを作成し、昨年度に構築した1分子デフォーカス顕微鏡の評価を行った。またCa2+指示薬カメレオンYC3.60の2次元結晶をガラス基板上に固定し、Ca2+の有無における蛍光異方性の変化から立体構造変化を解析する手法の確立も行った。
    また、本研究では1分子蛍光観察が必要であるが、従来の蛍光タンパク質では光安定性が悪く、観察中に素早く褪色してしまい、長時間の観察を行うことが不可能であった。そこで、GFPをタンデムに連結することで、蛍光強度を上げる戦略ならびに、光安定性が極めて高い新規蛍光タンパク質の開発も同時に行った。その結果、報告されている蛍光タンパク質の中で最も短波長の蛍光 (424nm) を発する群青色蛍光タンパク質Siriusを開発することに成功した。SiriusはEBFP比で約60倍の光安定性を有するのみならず、その蛍光強度がpH耐性であるという特徴を有していた。さらに、Siriusの蛍光スペクトルがCFPの吸収スペクトルと大きく重なることから、SiriusからCFPへの高効率なFRETが起こる可能性が考えられた。そこで、SiriusとCFPの融合タンパク質を作成したところ、予想通り比較的効率良くFRETが起こることを確認することができた。

    researchmap

  • 構造変化感受性蛍光タンパク質を用いたTrk受容体リン酸化のライブイメージング

    研究課題/領域番号:19037001  2007年 - 2008年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特定領域研究  特定領域研究  北海道大学

    谷 知己, 永井 健治

      詳細を見る

    配分額:4500000円 ( 直接経費:4500000円 )

    膜タンパク質TrkAは広く神経細胞に発現し、代表的な神経栄養因子である神経成長因子NGFの受容体として、脳神経発生の制御に不可欠のタンパク質である。NGFの結合に伴うこのタンパク質の活性化を可視化する目的で、構造変化依存的に蛍光強度を変化する円順列変異蛍光タンパク質を、構造解析から予想されるTrkA受容体の活性化依存的な構造変化部位5カ所に挿入した変異遺伝子を作成し、この遺伝子を発現させたHeLa細胞およびPC12細胞を蛍光顕微鏡で観察した。作成した遺伝子のうち、HeLa細胞膜に発現したものは、受容体C末端近傍のkpnI切断部位とC末端に蛍光タンパク質を導入したもののみであったので、これらの部位にさまざまな蛍光タンパク質変異体遺伝子を導入した遺伝子を構築し、これらの遺伝子を発現したHeLa細胞およびPC12細胞に蛍光標識NGFを投与し、細胞表面へのNGF結合量と強制発現したTrkA-GFPの発現量との相関を調べた。不思議なことに、NGF結合とTrkA-GFPの発現量の相関は、HeLa細胞とPC12細胞で得られた結果が異なり、TrkA-GFPの発現量に対して結合したNGF量をプロットした回帰直線の傾きは、PC12細胞で得られたものが、HeLa細胞で得られたもののおよそ10倍となった。このことは、HeLa細胞で発現したTrkA-GFPは、NGF結合能が低下している事を示している。PC12細胞に2nMのNGFを投与して、発現させたTrkA-GFPの蛍光強度を経時的に計測した結果、NGF投与からの時間に従い、蛍光強度が低下する現象を発見した。この蛍光強度の時間変化を1次の指数関数でフィットすると、その時定数は172sとなった。この値は、後根節神経細胞成長円錐におけるNGF取り込みの1分子観察から推定された、TrkA活性化の時間経過とよく一致した。

    researchmap

  • シナプス伝達の調節に関わる神経栄養因子受容体トラフィッキングの1分子イメージング

    研究課題/領域番号:19370060  2007年 - 2008年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)  北海道大学

    谷 知己, 小池 真紀

      詳細を見る

    配分額:13650000円 ( 直接経費:10500000円 、 間接経費:3150000円 )

    神経栄養因子Brain derived neurotrophic factor (BDNF)は極低濃度で中枢神経系の回路形成に極めて重要な作用を示す分泌性タンパク質である。本研究では小脳を材料として、このスライス標本に蛍光標識BDNF を投与し、BDNF とその受容体であるTrkB の振る舞いを1分子レベルで観察するとともに、中枢神経系のシナプス活動を電気生理学的に計測する実験系の確立をおこなった。本研究では、小脳神経系に極めて重要な細胞であり、小脳表層から内部に向かう顆粒細胞の移動や、顆粒細胞由来の平行線維とプルキンエ細胞のシナプス伝達の恒常性を維持するグリア細胞、バーグマン細胞に極めて特異的にBDNF が結合し、細胞内に取り込まれて主にmolecular layer 側からgranule cell layer の方向に向かって細胞内を輸送されることを発見した。バーグマングリア細胞に対するBDNF の生理機能は不明である。そこで、小脳スライス標本でバーグマングリア細胞の電気的活動と、BDNF の作用を同時に計測する顕微鏡の構築をおこなった。

    researchmap

  • 少数分子による自己組織化過程の生体機能シグナル可視化による解析

    研究課題/領域番号:18687014  2006年 - 2008年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(A)  北海道大学

    永井 健治, 谷 知己, 堀川 一樹, 谷 知己

      詳細を見る

    配分額:30420000円 ( 直接経費:23400000円 、 間接経費:7020000円 )

    本研究は細胞性粘菌のcAMPに対する走化性の分子過程を可視化することで、細胞がゆらぎと同じレベルの濃度勾配の中で、その勾配の方向を的確に認識し、運動する方向を決定する仕組みを解明することを目的とした。その為に、タンパク質性Ca2+センサーであるカメレオンYC3.60のCa2+センシングドメインにアミノ酸変異を導入することで、これまで報告された如何なるCa2+センサーよりもCa2+に対して高い親和性(Kd=20nM)を持つ、つまり超高感度なCa2+センサーcameleon ZEROを開発した。驚いたことにこのセンサーを発現させた細胞性粘菌は野生型同様に分裂増殖することから内在のCa2+キレート効果による細胞毒性は無いと考えられた。この細胞株を用いて集合体形成時におけるカルシウム動態の観察を行ったところ、BZ(ベルーゾフ・ジャボチンスキー)反応様のスパイラルおよびターゲットパターンのみならず、時空間的にランダムに発火するカルシウム動態を観察することに成功した。

    researchmap

  • 植物の栄養感知に関わるシグナル伝達のリアルタイム可視化解析

    研究課題/領域番号:18056002  2006年 - 2007年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究  北海道大学

    GOTO Derek, 永井 健治, 谷 知巳

      詳細を見る

    配分額:5200000円 ( 直接経費:5200000円 )

    このプロジェクトにおいて、我々は新しい低発光水平イメージングシステムを開発した。この新しいシステムは、自然な成長段階を経て生息する植物の根がもつ蛍光タンパク質が低発光イメージングをするためのものである。
    この新しい植物イメージングシステムを使うと、成長過程にある植物の根の二色蛍光イメージングを可能にしたり、生息する植物の組織内に存在する個々の細胞を区別することができる。
    よって、新しいイメージングシステムは最初に定めた4つのおもな目的を達成したことになる。
    その四つの目的とは、i)水平方向に育つ植物の観察をすること。ii)根の組織全体に存在する個々の細胞を区別できること。iii)培地の状態を変更しながら、成長中の根を少なくとも10時間以上の間に渡ってイメージングできること。iv)二色発光イメージングを可能にすること。
    以上。

    researchmap

  • 機能蛍光リガンドによる選択的神経細胞標識:in vivo神経回路形成観察への応用

    研究課題/領域番号:17657054  2005年 - 2006年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 萌芽研究  萌芽研究  北海道大学

    谷 知己

      詳細を見る

    配分額:1700000円 ( 直接経費:1700000円 )

    神経回路形成のメカニズムを研究する上で、生きた組織内における様々な神経細胞の振る舞いを個々に追跡することは重要な課題である。脊髄後根神経節にある神経成長因子(nerve growth factor;以下NGFと略)感受性神経細胞の神経軸索は、脊髄の背中側の介在神経とシナプスを形成する。申請者は独自に合成した蛍光NGFを用いて、脊髄後根節神経の成長円錐におけるNGF取り込みや細胞内輸送の仕組みを調べている。この蛍光NGFは極低濃度でTrkA受容体をもっNGF感受性細胞に選択的に取りこまれる。このようなリガンド結合の特異性に基づいた選択的な神経細胞の蛍光標識を神経回路形成途上の胚組織内でおこない、そのふるまいを組織内で追跡することによって、神経軸索ガイダンスのメカニズムを明らかにすることが1この研究の目的である。実験材料として、ニワトリ胚脊髄組織を用いた。この脊髄組織を寒天で包埋した後、氷温近くまで急速冷却し、前後軸に直交する方向にスライスした。作成したスライス標本を、蛍光標識したNGF(2nM)を含むDMEM/F12細胞培養液中で1時間培養した後、20倍、開口数0.95の対物レンズを用いて観察した。この観察の結果、脊髄の背側および後根神経節のほぼ全体に蛍光NGFが結合していることが明確に認められた。この結果は、NGF受容体TrkAを持つ後根節神経細胞が、脊髄背側で脊髄神経とシナプス結合しているという既知の知見と一致している。後根節神経細胞をより詳細に観察すると、神経節に広く分散した神経細胞体から、末梢と脊髄に向かって神経軸索が伸長しており、この神経軸索内を、神経末端から取り込まれた蛍光NGFが行き来することが認められた。生きた脊髄スライス標本を用いたこのような神経栄養因子のダイナミクスの観察は世界的にこれまでに例がなく、極めて新しいアプローチであると考えられる。

    researchmap

  • 1分子イメージング法による神経成長円錐ガイダンス機構の解明

    研究課題/領域番号:14208083  2002年 - 2005年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(A)  基盤研究(A)  (財)東京都医学研究機構

    原田 慶恵, 谷 知巳, 三木 俊明

      詳細を見る

    配分額:47970000円 ( 直接経費:36900000円 、 間接経費:11070000円 )

    切断された神経軸索は神経成長因子(NGF)存在下で再生することが知られている。我々はこれまでに蛍光色素Cy3で標識したNGFを1分子イメージングする技術を使って、成長円錐におけるNGFの受容と成長円錐の運動反応の連関や、NGFと受容体の複合体形成に引き続く細胞内への取り込みの過程を、NGF1分子単位の精度で明らかにしてきた。そこで、本年度は神経軸索の再生過程とNGFの受容、取り込みの関係を調べる実験を開始した。
    ニワトリ7日胚から脊髄後根神経節を取り出し、ポリリジンコーティングしたカバーガラス上で2pMのNGFを加えて一晩培養した。神経節から多くの神経軸索が伸長する。カバーガラスで作製したガラスナイフでこの神経軸索を一気に数十本切断し、微分干渉顕微鏡で神経軸索の再生を観察した。神経軸索の再生には、NGFの添加が必須であることやRNA合成阻害剤の添加によって再生が阻害されることなどを確認した。次に微小ガラス針を使って神経軸索を一本ずつ切断し詳しく観察した。観察の結果、再生までの過程は切断後30分以内に神経軸索の切断部先端に小さな塊ができ、そこから成長円錐が再生した後に神経軸索の再生、伸長がおこっていることがわかった。神経軸索の再生には成長円錐の再生が不可欠で、成長円錐のNGFを取り込む機能が神経軸索の伸長に重要だと考えられる。このことから、再生に伴い、成長円錐のNGFを取り込む機能がどのように獲得されていくのかが今後の課題である。そこで今後の研究方針としては、蛍光標識したNGFを用いてこれらの再生過程のメカニズムを調べていく予定である。

    researchmap

  • 分子のひもによる膜タンパク質の顕微操作

    研究課題/領域番号:15770102  2003年 - 2004年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究(B)  若手研究(B)  (財)東京都医学研究機構

    谷 知己

      詳細を見る

    配分額:3600000円 ( 直接経費:3600000円 )

    神経細胞から伸び出た神経線維の先端には、成長円錐とよばれる、活発な運動能を持った構造が存在する。この成長円錐の運動性を制御するのは、神経成長因子とよばれる分泌性タンパク質である。この神経成長因子を蛍光色素Cy3で標識した蛍光神経成長因子は、成長円錐膜上の神経成長因子受容体と結合した後に、比較的大きな拡散係数(0.3μm^2/s)で2次元拡散運動をおこなうことが観察された。このような2次元拡散運動の後、受容体と神経成長因子の複合体はアクチン骨格系による細胞内一方向性運動(4μm/min)によって、成長円錐の周縁部から中心部に向かって輸送されることが明らかとなった。成長円錐中心部では、神経成長因子と受容体の複合体はエンドサイトーシスを経て細胞内に取りこまれているが、神経成長因子と受容体の複合体がどの段階まで膜上に露出しているのかは不明であった。そこで、神経成長因子と受容体の結合がpH依存的であることを利用し、蛍光神経成長因子を投与した成長円錐の細胞外溶液を急激に酸性化させた実験から、神経成長因子と受容体の複合体は、アクチンによる一方向性輸送の途中で細胞内に取りこまれることが示唆された。このような膜タンパク質のダイナミックな輸送を、膜上に張ったDNA鎖によって実験的に制御する実験を試みたが、DNAを操作するためのレーザートラップ用近赤外光が、蛍光神経成長因子の1分子観察を妨げるなどの理由で、未だ成功には至っておらず、レーザートラップを用いない方法での試みを模索しつつある。

    researchmap

  • 1分子RNAポリメラーゼをプローブとした、DNA2重らせん鎖の原子構造マッピング

    研究課題/領域番号:13780545  2001年 - 2002年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究(B)  若手研究(B)  (財)東京都医学研究機構

    谷 知己

      詳細を見る

    配分額:2400000円 ( 直接経費:2400000円 )

    1本のDNAを蛍光顕微鏡で観察しながら、このDNAと相互作用する、RNAポリメラーゼをはじめとしたDNAモーターの動きを計測する実験系の確立をおこなった。まず、蛍光色素YOYO1によって標識されたDNA1分子を長時間安定に観察する実験溶液の検討をおこない、35mM DTT,13%Sucrose,2mM MgCl_2を入れて十分に脱気したpH 7.8の20mM HEPES緩衝液が、30分以上にわたって、DNAの切断をおこさせることなく安定にYOYO1によって標識されたDNAを蛍光観察することが可能であることを確認した。DNAはその片端をビオチンによって修飾されており、ストレプトアビジンを介してビオチン修飾された直径ミクロンの微小ビーズと連結させることによって、片端に微小ビーズをもつDNAを調製することが出来る。このビーズを近赤外レーザーによってトラップし、実験槽内に定常的な水流をつくることでDNAを引き延ばし、蛍光標識されたDNAの長さを定量的に計測することが可能な実験系を確立した。RNAポリメラーゼは転写活動の際に、DNA2重鎖の水素結合を破断しながらDNA上を進むが、この際に、YOYO1も解離することが予想されるので、YOYO1によって標識されたDNA長の短縮を計測することで、RNAポリメラーゼの転写反応の進行を可視化することが可能である。長さ方向を回転軸としたDNAの回転運動を同時に計測することで、RNAポリメラーゼの転写反応とDNAの回転運動のカップリングを明らかにする予定である。

    researchmap

▼全件表示

メディア報道