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Real-Time Quantitative Analysis of Drug Deliveries by In-Cell NMR

Research Project

Project/Area Number 15K05401
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionHimeji Dokkyo University

Principal Investigator

OKAMURA Emiko  姫路獨協大学, 薬学部, 教授 (00160705)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 安岐 健三  姫路獨協大学, 薬学部, 助手 (50714945)
Research Collaborator Tohyama Yumi  
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords超精密計測 / 生物物理 / リアルタイム解析 / In-Cell NMR / 薬物輸送
Outline of Final Research Achievements

Real time in-cell NMR spectroscopy was applied to quantify kinetics of non-endocytic membrane permeation of octaarginine (R8) into living cells. The non-endocytic membrane translocation of 19F-labeled R8 into a human myeloid leukemia cell line was observed at 4 °C with a time resolution of minute-order. The 19F NMR detected the real time translocation of cationic R8: the binding to anionic glycosaminoglycan at the cell surface, followed by the penetration into the cell membrane, and the entry into cytosol across the membrane. Our in-cell NMR results provide the physicochemical rationale for spontaneous penetration of membrane-permeable peptides like R8 in cell membranes.
The methods were also applied to analyze spontaneous peptide bond cleavage at natural L-α-Asp and abnormal D-β-Asp isomers in eye lens α-crystallin fragments in real time. Kinetic analysis showed how tough the uncommon D-β-Asp residue was to allow abnormal accumulation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生きた細胞への物質輸送のNMRリアルタイム定量計測はこれまで類例がなく、薬物の輸送機構を解明する新しいアプローチとして、薬の作用や毒性予測、新薬の探索やデザインに向けて、研究のもつ意義は大きい。
また、白内障やアルツハイマー病関連ペプチドを対象としたペプチド中のアミノ酸の異性化、ペプチド結合切断のNMRリアルタイム計測は、今後、加齢に伴う疾患のメカニズム解明とその制御、予防や創薬に向けて、物理化学に基づく新たな視点からのアプローチとなることが期待される。

Report

(5 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • 2015 Research-status Report
  • Research Products

    (37 results)

All 2019 2018 2017 2016 2015 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (29 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 7 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Solution NMR to Quantify Mobility in Membranes: Diffusion, Protrusion, and Drug Transport Processes2019

    • Author(s)
      Emiko Okamura
    • Journal Title

      Chemical and Pharmaceutical Bulletin

      Volume: 67 Issue: 4 Pages: 308-315

    • DOI

      10.1248/cpb.c18-00946

    • NAID

      130007621734

    • ISSN
      0009-2363, 1347-5223
    • Year and Date
      2019-04-01
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Glycosaminoglycan Binding and Non-endocytic Membrane Translocation of Cell-permeable Octaarginine Monitored by Real Time In-cell NMR Spectroscopy2017

    • Author(s)
      Y. Takechi-Haraya, K. Aki, Y. Tohyama, Y. Harano, T. Kawakami, H. Saito, E. Okamura
    • Journal Title

      Pharmaceuticals

      Volume: 10 Issue: 2 Pages: 42-60

    • DOI

      10.3390/ph10020042

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Kinetics of the competitive reactions of isomerization and peptide bond cleavage at L-α- and D-β-aspartyl residues in an αA-crystallin fragment2017

    • Author(s)
      Kenzo Aki and Emiko Okamura
    • Journal Title

      Journal of Peptide Science

      Volume: 23 Issue: 1 Pages: 28-37

    • DOI

      10.1002/psc.2945

    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] D-β-aspartyl residue exhibiting uncommon high resistance to spontaneous peptide bond cleavage2016

    • Author(s)
      Kenzo Aki and Emiko Okamura
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 21594-21594

    • DOI

      10.1038/srep21594

    • Related Report
      2015 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Kinetics of Membrane Binding and Mobility of Drugs by Multinuclear Dynamic NMR <i>in Situ</i>2016

    • Author(s)
      Emiko Okamura
    • Journal Title

      Journal of The Society of Japanese Women Scientists

      Volume: 16 Issue: 1 Pages: 7-14

    • DOI

      10.5939/sjws.16002

    • NAID

      130005142362

    • ISSN
      1349-4449, 2186-3776
    • Related Report
      2015 Research-status Report
    • Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 1H-NMRを用いたアミロイドβフラグメント中における異性化の複数残基同時測定と速度論2019

    • Author(s)
      安岐健三、岡村恵美子
    • Organizer
      日本化学会第99春季年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] リン脂質2重層リポソーム:その構造・ダイナミクスから機能まで2018

    • Author(s)
      岡村恵美子
    • Organizer
      食品ハイドロコロイドセミナー2018
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      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 温度・表面曲率・脂質組成による二分子膜の動態変化と薬物吸収の溶液NMR2018

    • Author(s)
      伊藤琴音、西口友佳子、安岐健三、岡村恵美子
    • Organizer
      日本油化学会第57回年会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] リアルタイムNMRを用いたアスパラギン酸およびグルタミン酸の異性化の同時計測―アミロイドβフラグメントペプチドを例に―2018

    • Author(s)
      安岐健三、岡村恵美子
    • Organizer
      第68回 日本薬学会近畿支部総会・大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] リアルタイムNMRによるアミロイドβ変異体の凝集初期過程の比較研究~ CDスペクトルとNMRスペクトル観測 ~2018

    • Author(s)
      宇地原結、巨勢紀羽、西田哲郎、安岐健三、岡村恵美子
    • Organizer
      第68回 日本薬学会近畿支部総会・大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] リアルタイム NMR によるアミロイド β 変異体の凝集初期過程の比較研究 ―NMR シグナル強度の変化―2018

    • Author(s)
      西田哲朗、巨勢紀羽、宇地原結、安岐健三、岡村恵美子
    • Organizer
      第68回 日本薬学会近畿支部総会・大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] リアルタイム NMR によるアミロイド β 変異体の凝集初期過程の比較研究 ―NMR 化学シフト変化―2018

    • Author(s)
      巨勢紀羽、西田哲朗、宇地原結、安岐健三、岡村恵美子
    • Organizer
      第68回 日本薬学会近畿支部総会・大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] アミロイド β 断片におけるアスパラギン酸の自発的な異性化反応 ―NMR リアルタイム観測と速度論解析―2018

    • Author(s)
      井上賢人、安岐健三、岡村恵美子
    • Organizer
      第68回 日本薬学会近畿支部総会・大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 温度・表面曲率・脂質組成が与える膜の動態と薬物輸送:多核NMRによる相関解析2018

    • Author(s)
      伊藤琴音、西口友佳子、安岐健三、岡村恵美子
    • Organizer
      膜シンポジウム2018
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 高分解能溶液NMRによるペプチド中の異性化、ペプチド鎖切断、凝集過程のリアルタイム 計測:αクリスタリンとアミロイドβペプチド2018

    • Author(s)
      岡村恵美子、安岐健三
    • Organizer
      第10回 タンパク質の異常凝集とその防御・修復機構に関する研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] アスパラギン酸の異性化及び切断反応における複数残基同時観測と速度論解析~リアルタイムNMRを用いて~2018

    • Author(s)
      安岐健三、岡村恵美子
    • Organizer
      第10回 タンパク質の異常凝集とその防御・修復機構に関する研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] D-β-Aspの安定性:リアルタイムNMRを用いたペプチド鎖切断の速度論解析2017

    • Author(s)
      安岐健三, 岡村恵美子
    • Organizer
      日本薬学会第137年会
    • Place of Presentation
      東北大学川内北キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-24
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] Accumulation Mechanism of Uncommon D-β-Aspartyl Residue in Lensα-crystallin by Kinetics of Spontaneous Peptide Bond Cleavage and Isomerization2017

    • Author(s)
      Kenzo Aki, Emiko Okamura
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会
    • Place of Presentation
      慶応大学日吉キャンパス(神奈川)
    • Year and Date
      2017-03-16
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] イオン・疎水分子・チャネルが酸性・中性リン脂質膜に与える影響の比較研究2017

    • Author(s)
      日高明史、津倉康徳、伊藤琴音、西口友佳子、岡村恵美子
    • Organizer
      日本膜学会第39年会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] リアルタイムin-cell NMRによるオクタアルギニンペプチドの細胞膜透過機構2017

    • Author(s)
      武知(原矢)佑樹、安岐健三、通山由美、原野雄一、川上徹、斎藤博幸、岡村恵美子
    • Organizer
      第40回溶液化学シンポジウム
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 溶液NMRによる膜の動的構造と膜を場とした生体反応解析2017

    • Author(s)
      岡村恵美子
    • Organizer
      科学研究費助成事業 新学術領域「生命分子システムにおける動的秩序形成と高次機能発現」第2回秩序化分子システムワークショップ
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 溶液NMRによるリポソームへのセボフレン取り込みに影響を与える ファクターの比較2016

    • Author(s)
      西口友佳, 伊藤琴音, 安岐健三, 岡村恵美子
    • Organizer
      膜シンポジウム2016
    • Place of Presentation
      関西大学100周年記念会館
    • Year and Date
      2016-12-01
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 水晶体タンパク質αクリスタリンにおける 異常型D-β-アスパラギン酸の蓄積メカニズム:リアルタイムNMRによるペプチド結合切断の速度論を通して2016

    • Author(s)
      安岐健三, 岡村恵美子
    • Organizer
      第39回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      産業技術総合研究所 共用講堂(つくば)
    • Year and Date
      2016-11-09
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 溶液NMRによる麻酔剤・セボフレン取り込みの影響因子:膜の曲率、コレステロール、脂質組成、イオンチャネル2016

    • Author(s)
      伊藤琴音,西口友佳子,安岐健三,岡村恵美子
    • Organizer
      第39回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      産業技術総合研究所 共用講堂(つくば)
    • Year and Date
      2016-11-09
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] How Sevoflurane Uptake is Regulated: The Effect of Membrane Curvature, Cholesterol, Lipid Composition, and Ion Channel2016

    • Author(s)
      Kotone Ito, Yukako Nishiguchi, Kenzo Aki, Emiko Okamura
    • Organizer
      The 4th International Kyushu Colloid Kolloquium
    • Place of Presentation
      Nishijin Plaza, Kyushu University, Fukuoka, Japan
    • Year and Date
      2016-09-27
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 脂質二重膜へのセボフレン吸収に関する要因の比較:溶液NMR研究2016

    • Author(s)
      伊藤琴音, 西口友佳子, 安岐健三, 岡村恵美子
    • Organizer
      日本油化学会第55回年会
    • Place of Presentation
      奈良女子大学(奈良)
    • Year and Date
      2016-09-07
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] Real-Time in-Situ NMR Observation of Non-Enzymatic Peptide Bond Cleavage and Isomerization of Aspartyl Residue in Crystallin and Amyloid-β Fragments2016

    • Author(s)
      Emiko Okamura, Kenzo Aki
    • Organizer
      XXVIIth International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
    • Place of Presentation
      Kyoto International Conference Center, Japan
    • Year and Date
      2016-08-21
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 膜表面におけるペプチドの反応のin situリアルタイム計測を指向した NMRによる速度論2016

    • Author(s)
      安岐健三, 岡村恵美子
    • Organizer
      日本膜学会第38年会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 西早稲田キャンパス(東京)
    • Year and Date
      2016-05-10
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] アスパラギン酸異性体の異性化とペプチド鎖分解の速度論解析2016

    • Author(s)
      安岐健三, 岡村恵美子
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学 京田辺キャンパス(京都)
    • Year and Date
      2016-03-24
    • Related Report
      2015 Research-status Report
  • [Presentation] Mobility, location, and kinetics of membrane binding and delivery of drugs by solution-state 19F and 1H NMR2015

    • Author(s)
      Emiko Okamura
    • Organizer
      6th Asian Conference on Colloid and Interface Science
    • Place of Presentation
      Arkas Sasebo, Nagasaki, Japan
    • Year and Date
      2015-11-24
    • Related Report
      2015 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] L-α-およびD-β-アスパラギン酸含有ペプチドの分解と異性化反応の速度論:リアルタイムNMRとHPLCによる解析2015

    • Author(s)
      安岐健三, 岡村恵美子
    • Organizer
      第8回「タンパク質の異常凝集とその防御・修復機構に関する研究会」
    • Place of Presentation
      京都大学原子炉実験所(大阪)
    • Year and Date
      2015-11-19
    • Related Report
      2015 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] リアルタイムNMR測定によるL-α-およびD-β-アスパラギン酸異性体含有ペプチドの分解速度の解析2015

    • Author(s)
      安岐健三, 岡村恵美子
    • Organizer
      第38回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      高知市文化プラザ かるぽーと(高知)
    • Year and Date
      2015-10-21
    • Related Report
      2015 Research-status Report
  • [Presentation] 水晶体タンパク質模擬ペプチド中のAsp異性化に関わる側鎖の立体配座のNMR研究2015

    • Author(s)
      岡村恵美子
    • Organizer
      第15回日本蛋白質科学会年会ワークショップ「蛋白質とアミノ酸のキラルサイエンス」
    • Place of Presentation
      あわぎんホール(徳島)
    • Year and Date
      2015-06-24
    • Related Report
      2015 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] キネティクスに基づく細胞へのオクタアルギニンの物理的膜透過メカニズム2015

    • Author(s)
      武知(原矢)佑樹, 安岐健三, 通山由美, 原野雄一, 川上徹, 斎藤博幸, 岡村恵美子
    • Organizer
      日本膜学会第37年会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 西早稲田キャンパス(東京)
    • Year and Date
      2015-05-14
    • Related Report
      2015 Research-status Report
  • [Book] Encyclopedia of Biocolloid and Biointerface Science, Ed. by H. Ohshima, Volume 12016

    • Author(s)
      Emiko Okamura
    • Total Pages
      1200
    • Publisher
      John Wiley & Sons, Inc.
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Remarks] 姫路獨協大学薬学部 生物物理化学研究室 研究内容

    • URL

      http://www.himeji-du.ac.jp/faculty/dp_pharm/pharm/ph/research.html

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 姫路獨協大学薬学部 生物物理化学研究室 研究内容

    • URL

      http://www.himeji-du.ac.jp/faculty/dp_pharm/pharm/ph/

    • Related Report
      2015 Research-status Report

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Published: 2015-04-16   Modified: 2020-03-30  

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