光解除性保護基の論理的設計に基づく、新有機合成ツール、新生物機能解析ツールの創製

• Project/Area Number: 16689002
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Physical pharmacy
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 浦野 泰照 東京大学, 大学院薬学系研究科, 助教授 (20292956)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥29,640,000 (Direct Cost: ¥22,800,000、Indirect Cost: ¥6,840,000); Fiscal Year 2006: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2005: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2004: ¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000)
• Keywords: 光解除性保護基 / 光誘起電子移動 / Caged化合物 / ニトロベンジル基 / TokyoGreen / 電荷分離状態 / フルオレセイン / 論理的設計

Research Abstract

昨年度までの研究に引き続き、初期蛍光が極めて低く、かつ少ないUncaging照射量で大きな蛍光回復の見られる高効率Caged蛍光団の開発を行った。PeT過程の最適化を行い、最終的に2-Me-4-OCH2COOH TokyoGreenをニトロベンジル基でCageした化合物の開発に成功した。このCaged蛍光団は、光照射による蛍光上昇度がほぽ1000倍に達する極めて高効率なものであり、従来のcagedフルオレセインに比べてuncaging光照射量が格段に少なくて済むことが確認された。次に、本化合物のカルボキシ基をAM化した誘導体を合成し、これを生細胞系に適用し、多数ある生細胞のうち1細胞だけを蛍光ラベル化する実験を試みた。その結果、1 microM程度の少量を細胞に負荷し、ここに355nmのuncaging光を10秒程度照射するだけで、照射した細胞だけを十分に明るくラベル化することが可能であることが明らかとなった。従来のcagedフルオレセインでは、同条件下600秒照射してもほとんど蛍光が観測されなかったことから、今回開発に成功したcaged蛍光団の有用性が示された。次に有機合成における効率的光分解性保護基の開発に向け、有機溶媒中で機能するBODIPYべ一スの光分解性保護基の設計・開発を行った。具体的には、BODIPY4位のホウ素上の置換基を種々変換した化合物を合成し、その光分解性を精査した。その結果、4-ベンジル体が500nm程度の強い光照射により開裂することが明らかとなった。本化合物は、分子内にPeT過程を組み込むことで条件判断能を付与することも可能であり、特定条件下でのみ保護基の光脱離が起きうる高機能型光分解性保護基の開発につながる重要な骨格である。そこでまず4位置換基によるBODIPY蛍光の制御が可能かどうかを調べる目的で、酸性条件を認識する蛍光プローブを設計・合成した。その結果、十分な蛍光On/Offが観測され、酸性条件でのみ光脱離する保護基開発の端緒となる重要な知見を得ることに成功した。

Research Products

• [Journal Article] A Target-Cell Specific Activatable Fluorescence Probe for in vivo Molecular Imaging of Cancer based on a Self-Quenched Avidin-Rhodamine Conjugate (2007)
  • Author(s): Yukihiro Hama
  • Journal Title: Cancer Res. 8 Pages: 2791-2799
• [Journal Article] Mechanism-Based Molecular Design of Highly Selective Fluorescence Probes for Nitrative Stress (2006)
  • Author(s): Tasuku Ueno
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 128 Pages: 10640-10641
• [Journal Article] Modulation of Luminescence Intensity of Lanthanide Complexes by Photoinduced Electron Transfer and Its Application to a Long-Lived Protease Probe (2006)
  • Author(s): Takuya Terai
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 128 Pages: 6938-6946
• [Journal Article] Tunable Design Strategy for Fluorescence Probes Based on 4-Substituted BODIPY Chromophore; Improvement of Highly Sensitive Fluorescence Probe for Nitric Oxide (2006)
  • Author(s): Yu Gabe
  • Journal Title: Anal.Bioanl.Chem. 386 Pages: 621-626
• [Journal Article] Creation of Superior Carboxyfluorescein Dyes by Blocking Donor-Excited Photoinduced Electron Transfer (2006)
  • Author(s): Tomoko Mineno
  • Journal Title: Org.Lett. 8 Pages: 5963-5966
• [Journal Article] Design and Synthesis of an Enzyme Activity-Based Labeling Molecule with Fluorescence Spectral Change (2006)
  • Author(s): Toru Komatsu
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 128 Pages: 15946-15947
• [Journal Article] Highly Efficient and Photostable Photosensitizer Based on BODIPY Chromophore (2005)
  • Author(s): Takatoshi Yogo
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society 127 Pages: 10197-10204
• [Journal Article] Extension of the Application Range of Fluorescein: A Novel Fluorescein-based Probe for Western Blot Analysis (2005)
  • Author(s): Mako Kamiya
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition 44 Pages: 5439-5441
• [Journal Article] Evolution of Fluorescein as a Platform for Finely Tunable Fluorescence Probes (2005)
  • Author(s): Yasuteru Urano
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society 127 Pages: 4888-4894
• [Journal Article] The Detection and Quantification of Highly Reactive Oxygen Species Using the Novel HPF Fluorescence Probe in a Rat Model of Focal Cerebral Ischemia (2005)
  • Author(s): Shinichiro Tomizawa
  • Journal Title: Neuroscience Research 53 Pages: 304-313
• [Journal Article] Organization of supramolecular assemblies of fullerene, porphyrin and fluorescein dye derivatives on TiO2 nanoparticles for light energy conversion (2005)
  • Author(s): Taku Hasobe
  • Journal Title: Chemical Physics 319 Pages: 243-252
• [Journal Article] Evolution of Fluorescein as a Platform for Finely Tunable Fluorescence Probes (2005)
  • Author(s): Yasuteru Ueno
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. (in press)
• [Journal Article] Highly Sensitive Near-infrared Fluorescence Probes for Nitric Oxide and Their Application to Isolated Organs (2005)
  • Author(s): Eita Sasaki
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. (in press)
• [Journal Article] Design and Synthesis of Zinc-Selective Chelators for Extracellular Applications (2005)
  • Author(s): Eri Kawabata
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 127 Pages: 818-819
• [Journal Article] Rational Principles for Modulating Fluorescence Properties of Fluorescein (2004)
  • Author(s): Tasuku Ueno
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 126 Pages: 14079-14085
• [Journal Article] Rational Design of Novel Photoinduced Electron Transfer Type Fluorescent Probes for Sodium Cation (2004)
  • Author(s): Suguru Kenmoku
  • Journal Title: Tetrahedron 60 Pages: 11067-11073
• [Journal Article] Enhanced Energy and Quantum Efficiencies of a Nanocrystalline Photoelectrochemical Cell Sensitized with a donor-Acceptor Dyaed Derived from Fluorescein (2004)
  • Author(s): Shigeki Hattori
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B 108 Pages: 15200-15205
• [Book] 月刊化学 (2006)
  • Author(s): 浦野 泰照
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 化学同人
• [Book] 別冊医学のあゆみ レドックス-ストレス防御の医学- (2005)
  • Author(s): 浦野泰照
  • Total Pages: 236
  • Publisher: 医歯薬出版
• [Book] 酸化ストレスマーカー (2005)
  • Author(s): 浦野 泰照
  • Publisher: 学会出版センター(印刷中)