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新規高輝度生物発光基質セレンテラジン誘導体の設計と合成

Research Project

Project/Area Number 16J05500
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Analytical chemistry
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

西原 諒  慶應義塾大学, 理工学部, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2017: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2016: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords生物発光 / セレンテラジン / レニラルシフェラーぜ / 人工生物発光酵素 / バイオイメージング / タンパク質間相互作用 / バイオ分析 / デュアルレポーターアッセイ / バイオケミカルセンサー / イメージングプローブ / 蛍光タンパク質 / ルシフェリン / ルシフェラーゼ / 化学センサー
Outline of Annual Research Achievements

本研究では“セレンテラジン(CTZ)”を発光基質に持つ発光酵素レニラルシフェラーゼ(RLuc)と人工発光酵素(ALuc)による高感度生物発光プローブの創製を目指した。まず発光強度の改善を狙い、約50種類以上のCTZ誘導体を合成、酵素との網羅的構造活性相関研究を行う事で、CTZの2位または6位炭素における置換基改変による生物発光特性への影響を詳細に調べた。更に新規基質と共同で開発した新規発光酵素を組み合わせる事で、新たなバイオアッセイ系の確立に成功した。
1.高輝度生物発光基質と革新的バイオアッセイ系の確立
発光酵素RLucの変異体(RLuc8.6)において、基質CTZの有用改変可能部位を初めて見出した。新規基質は市販品のブルーシフト基質DeepBlueCと比較すると約25倍の発光強度を持つ。更に、他の生物発光酵素ALucにおいても有意な発光を示し、これまでに金属イオンや細胞内タンパク質間相互作用解析等、様々なバイオアッセイ系への応用を行う事でその実用性を示してきた。これらの知見を基にCTZ誘導体20種類を新たに設計、発光酵素ALuc並びにRLucに各々特異的に反応する新規基質開発に着手した。これら新規基質とALucまたはRLucに基づくタンパク質間相互作用可視化プローブを組み合わせる事で、2種類のタンパク質間相互作用を同時に解析するデュアルレポーターアッセイ系の開発に初めて成功した。
2.超高輝度生物発光基質開発と生体イメージングへの応用
CTZとRLuc8のドッキングシミュレーション結果を基に20種のCTZ誘導体を開発、更なる高輝度化を図った。結果として生細胞においてDeepBlueCの約50倍の発光強度を持つ高輝度基質開発に成功した。新規基質は、高解像度での一細胞イメージングだけでなく、赤色発光酵素と組み合わせる事でCTZより高感度な生体内イメージングも可能にした。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Book (2 results) Remarks (5 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] スタンフォード大学/医学部/放射線医学(米国)

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Journal Article] Fabrication of a New Lineage of Artificial Luciferases from Natural Luciferase Pools2017

    • Author(s)
      Sung Bae Kim, Ryo Nishihara, Daniel Citterio, and Koji Suzuki
    • Journal Title

      ACS Combinatorial Science

      Volume: 19 Issue: 9 Pages: 594-599

    • DOI

      10.1021/acscombsci.7b00081

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Luciferase-Specific Coelenterazine Analogues for Optical Contamination-Free Bioassays2017

    • Author(s)
      Ryo Nishihara, Masahiro Abe, Shigeru Nishiyama, Daniel Citterio, Koji Suzuki, Sung Bae Kim
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 印刷中 Issue: 1 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1038/s41598-017-00955-6

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Synthetic Coelenterazine Derivatives for Bioluminescence Imaging2017

    • Author(s)
      Ryo Nishihara
    • Organizer
      Royal Society of Chemistry Tokyo International Conference
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 生物発光イメージングのための合成生物発光基質セレンテラジン誘導体2017

    • Author(s)
      西原諒
    • Organizer
      生物発光化学発光研究会第33 回学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Bioluminescence imaging of hydrogen sulfide in living cells2016

    • Author(s)
      Ryo Nishihara, Sung Bae Kim, Shigeru Nishiyama, Naoko Iwasawa, Daniel Citterio, Koji Suzuki
    • Organizer
      Bioanalytical Sensors Gordon Research Conference
    • Place of Presentation
      Newport (USA)
    • Year and Date
      2016-06-30
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bioluminescence imaging of hydrogen sulfide in living cells2016

    • Author(s)
      Ryo Nishihara, Sung Bae Kim, Shigeru Nishiyama, Naoko Iwasawa, Daniel Citterio, Koji Suzuki
    • Organizer
      Bioanalytical Sensors Gordon Research Seminar
    • Place of Presentation
      Newport (USA)
    • Year and Date
      2016-06-26
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabrication of Blue-Shifted Coelenterazine Derivatives for Bioluminescent Applications2016

    • Author(s)
      Ryo Nishihara, Takahiro Nakajima, Sung Bae Kim, Moritoshi Sato, Shigeru Nishiyama, Naoko Iwasawa, Daniel Citterio, Koji Suzuki
    • Organizer
      19th International Symposium on Bioluminescence & Chemiluminescence 2016
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場 (茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2016-05-31
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] Bioluminescence2016

    • Author(s)
      Ryo Nishihara, Daniel Citterio, Koji Suzuki
    • Total Pages
      13
    • Publisher
      Springer Science+Business Media
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Book] Bioluminescence2016

    • Author(s)
      Sung Bae Kim, Ryo Nishihara, Koji Suzuki
    • Total Pages
      11
    • Publisher
      Springer Science+Business Media
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      https://www.applc.keio.ac.jp/~citterio/index.html

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 人工生物発光酵素(ALuc)に選択的に発光す基質を開発

    • URL

      https://research-er.jp/articles/view/65978

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 産総研、人工生物発光酵素(ALuc)に選択的に発光する基質を開発

    • URL

      https://www.nikkei.com/article/DGXLRSP465817_R11C17A2000000/

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 高速バイオアッセイによる革新的な医療・環境診断への期待

    • URL

      https://bp-affairs.com/news/2017/12/20171213-6239.html

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 分析化学研究室 鈴木・チッテリオ研究室

    • URL

      http://www.applc.keio.ac.jp/~citterio/

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 新規セレンテラジン化合物及びその用途2017

    • Inventor(s)
      鈴木孝治、チッテリオダニエル、西原諒、金誠培、佐藤守俊、中嶋隆浩
    • Industrial Property Rights Holder
      鈴木孝治、チッテリオダニエル、西原諒、金誠培、佐藤守俊、中嶋隆浩
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2017-03-22
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

URL: 

Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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