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生きた動物個体内の特定の細胞でのみ機能を発揮する新規機能性生物発光プローブの開発

Research Project

Project/Area Number 11J10826
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Chemistry related to living body
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

小嶋 良輔  東京大学, 大学院薬学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2011 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords生物発光 / プローブ / 一酸化窒素 / 活性酸素 / 電子移動 / in vivoイメージング / luciferin / 光機能性分子 / Nanoluc / 機能性分子 / BRET / 近赤外
Research Abstract

昨年度までに、生体内における光機能性分子の励起エネルギー源としての生物発光の利用可能性を確立することに成功していたが、本年は、生体内イベントを可視化する手段としての生物発光イメージングの有用性の拡張を試みた。生物発光を用いたイメージング技術は、生体内においてバックグラウンドとなる物質が殆ど存在しないことから、高感度なシグナル検出を可能とする技術として注目を集めている。中でも、特定の生理活性分子と出会った時のみ発光がONになる生物発光プローブを用いたイメージング手法は、特定の生理活性分子の存在を、in vivoで高感度に可視化可能とする優れた手法である。しかしながら、従来の生物発光プローブが検出できるのは、発光性の基質であるD-luciferinやaminoluciferinをuncageする反応を引き起こすことができるpeptidase活性などに限られるという問題があっため、私はこの解決を試みた。私は蛍光プローブの設計原理として汎用される、電子移動による励起発光中間体のquenching(蛍光分子においてはPeTと呼ばれる)が、その励起過程が異なるのみで生物発光基質でも起き得るのではないかという従来の報告を確実なものとし、この現象(BioLeTと命名)を用いて、生物発光のプロセスにおける励起状態からの発光量子収率を生体分子の有無と同期して精密にコントロールできることを示し、既存のプローブ設計法では開発が困難であった一酸化窒素(NO)検出生物発光プローブを初めて開発することに成功した。本成果は、PeTを蛍光制御原理として開発されてきた蛍光プローブと同様のデザインで、様々な生物発光プローブを開発可能であることを示す画期的成果である。またさらに、目的分子との反応前後で、BioLeTと同時に基質の細胞膜透過性をも制御することで、生物発光プローブのターゲットの検出感度を大幅に向上させることができることも見出し、生きたラット内の好中球から発生するhighly reactive oxygen species (hROS)を、開腹、剃毛することなく超高感度に検出可能な生物発光プローブを開発することにも成功した。本結果は、生物発光プローブの新しいデザイン法を提供するのみならず、in vivoにおけるhROSの役割をさらに解明する上で実用的な研究ツールを提供するものである。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本年度は、励起状態における電子移動と、基質の細胞膜透過性制御という、全く新しい生物発光制御原理に基づく生物発光プローブを複数開発することに成功した。本結果は、生物発光イメージングの可能性を大きく拡張するものであり、画期的成果であるといえる。採用2年目までに達成した、光機能性分子の励起エネルギー減としての生物発光の利用可能性の確立と合わせて、当初の計画以上に研究が進展したと考えている。

Strategy for Future Research Activity

本年度が、課題最終年度であるが、今後は、本研究で確立された発光制御法を元に、様々な生物発光プローブが開発されることが期待される。また、採用2年目までに確立した、生物発光を光機能性分子の励起エネルギー源として使用する手法を用いることで、今後生体内イベントをコントロールする手法としても生物発光を利用可能になることが期待される。

Report

(3 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2014 2013 2012 2011

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (10 results)

  • [Journal Article] 新規発光制御原理に基づくhROS検出生物発光プローブの開発2013

    • Author(s)
      小嶋良輔、高倉栄男、神谷真子、小林英司、長野哲雄、花岡健二郎、浦野泰照
    • Journal Title

      JSMI report

      Volume: 7 Pages: 35-36

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Journal Article] Development of NIR-emitting Firefly Luciferins Available in vivo2013

    • Author(s)
      Ryosuke Kojima, Hideo Takakura, Takeaki Ozawa, Yukio Tada, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
    • Journal Title

      Angwandte Chemie International Edition

      Volume: 52 Issue: 4 Pages: 1175-1179

    • DOI

      10.1002/anie.201205151

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of 5'- and 7'-substituted luciferin analogues as acid-toler ant substrates of firefly luciferase2012

    • Author(s)
      Hideo Takakura, Ryosuke Kojima, Yasuteru Urano, Kenjiro Hanaoka, Takuya Terai, and Tetsuo Nagano
    • Journal Title

      Chembiochem

      Volume: 13 Issue: 10 Pages: 1424-1427

    • DOI

      10.1002/cbic.201200142

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 新規発光制御法に基づく生物発光プロープの開発2014

    • Author(s)
      小嶋良輔、高倉栄男、神谷真子、小林英司、長野哲雄、浦野泰照
    • Organizer
      第4回Vivid Workshop
    • Place of Presentation
      加賀温泉瑠璃光(石川県)
    • Year and Date
      2014-02-20
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞機能のコントロールを目指した生物発光利用法の開発2013

    • Author(s)
      小嶋良輔、高倉栄男、小澤岳昌、多田幸雄、長野哲雄、浦野泰照
    • Organizer
      細胞を創る研究会6.0
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学 鶴岡キャンパス(山形県)
    • Year and Date
      2013-11-14
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 高いactivation ratioでのin vivo hROS imagingを可能とする生物発光プローブの開発2013

    • Author(s)
      小嶋良輔、高倉栄男、神谷真子、小林英司、長野哲雄、花岡健二郎、浦野泰照
    • Organizer
      日本ケミカルバイオロジー学会第8回年会
    • Place of Presentation
      東京医科歯科大学(東京都)
    • Year and Date
      2013-06-20
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] In vivoでの高感度なhRos検出を可能とする生物発光プローブの開発2013

    • Author(s)
      小嶋良輔、高倉栄男、神谷真子、小林英司、長野哲雄、花岡健二郎、浦野泰照
    • Organizer
      第8回 日本分子イメージング学会学術集会
    • Place of Presentation
      横浜 赤レンガ倉庫(神奈川県)
    • Year and Date
      2013-05-31
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 優れたactivation ratioを示すhROS検出生物発光プローブの開発2013

    • Author(s)
      小嶋良輔、浦野泰照、高倉栄男、長野哲雄
    • Organizer
      日本薬学会第133年会
    • Place of Presentation
      横浜市
    • Year and Date
      2013-03-29
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 生体内での近赤外発光イメージングを可能とする新規近赤外生物発光基質の開発2012

    • Author(s)
      小嶋良輔
    • Organizer
      日本薬学会第132年会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道)
    • Year and Date
      2012-03-29
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of near-infrared-emitting bioluminogenic substrates available in vivo based on intramolecular BRET2012

    • Author(s)
      Ryosuke Kojima, Yasuteru Urano, Hideo Takakura, Takeaki Ozawa, Yukio Tada, and Nagano Tetsuo
    • Organizer
      EMBO Conference, Chemical Biology 2012
    • Place of Presentation
      Heidelberg, Germany
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of NIR light emitting bioluminogenic substrates based on intramolecular BRET2011

    • Author(s)
      Ryosuke Kojima
    • Organizer
      World Molecular Imaging Congress 2011
    • Place of Presentation
      World Convention Center (San Diego, USA)
    • Year and Date
      2011-09-10
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 組織透過性に優れた近赤外発光を示す新規近赤外生物発光基質の論理的設計と開発2011

    • Author(s)
      小嶋良輔
    • Organizer
      日本ケミカルバイオロジー学会第6回年会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都)
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Rational Development of NIR Light Emitting Luciferins that have good tissue penetration2011

    • Author(s)
      Ryosuke Kojima
    • Organizer
      AIMECS11
    • Place of Presentation
      Keio Plaza Hotel (Tokyo, Japan)
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

URL: 

Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

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