ローダミン色素の消光メカニズム解析と蛍光プローブ開発への応用

• Project/Area Number: 18J23221
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Analytical chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 池野 喬之 東京大学, 薬学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 蛍光プローブ / 薬物代謝酵素 / CYP3A4 / ヒトiPS細胞由来肝細胞 / ヒトiPS細胞由来小腸上皮細胞 / PLP酵素 / 薬物間相互作用 / ねじれ型分子内電荷移動状態 / シトクロムP450

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までの研究において、ねじれ型分子内電荷移動状態 (TICT) により消光する新規無蛍光性ローダミン類の開発、及び開発した無蛍光性ローダミンを母核とした薬物代謝酵素CYP3A4のN-脱アルキル化活性を検出する蛍光プローブの開発を行い、その生細胞への応用を行っている。本年度では、本研究で開発した無蛍光性ローダミン類を利用した新たな蛍光プローブとして、ニトロレダクターゼ活性検出蛍光プローブの開発にも成功しており、本研究で確立した、ローダミンのN-脱アルキル化を蛍光OFF/ONスイッチとして用いる蛍光制御原理の汎用性を示すことに成功した。また、新たな研究テーマとしてフッ素化アミノ酸とフッ化物イオン検出蛍光プローブを利用したPLP依存性酵素活性の蛍光検出系の開発にも取り組み、フッ素化バリンとフッ化物イオン検出蛍光プローブを利用した分岐鎖アミノ酸アミノ基転移酵素1の酵素活性の蛍光検出に成功した。また、本系を用いることでHepG2細胞における分岐鎖アミノ酸アミノ基転移酵素の酵素活性の蛍光検出が可能であることを示唆するデータも得られていることから、今後、細胞ベースでのPLP依存性酵素活性のハイスループット検出系の開発といった応用も期待される。以上のように、当初の計画であったTICTにより消光する新規無蛍光性ローダミン類の開発と、それに基づく新規蛍光プローブの開発・応用に成功しているだけでなく、新たな研究テーマであるPLP依存性酵素活性の蛍光検出系の開発についても成功した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Design, synthesis and evaluation of enzyme-responsive fluorogenic probes based on pyridine-flanked diketopyrrolopyrrole dyes (2021)
  • Author(s): Jenni Sebastien、Ponsot Flavien、Baroux Pierre、Collard Lucile、Ikeno Takayuki、Hanaoka Kenjiro、Quesneau Valentin、Renault K?vin、Romieu Anthony
  • Journal Title: Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy Volume: 248 Pages: 119179-119179
  • DOI: 10.1016/j.saa.2020.119179
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A cytosolically localized far-red to near-infrared rhodamine-based fluorescent probe for calcium ions (2020)
  • Author(s): Numasawa Koji、Hanaoka Kenjiro、Ikeno Takayuki、Echizen Honami、Ishikawa Tomoe、Morimoto Masakazu、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Ikegaya Yuji、Nagano Tetsuo、Urano Yasuteru
  • Journal Title: The Analyst Volume: 145 Issue: 23 Pages: 7736-7740
  • DOI: 10.1039/d0an01739f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] How Viscous Is the Solidlike Structure at the Interface of Ionic Liquids? A Study Using Total Internal Reflection Fluorescence Spectroscopy with a Fluorescent Molecular Probe Sensitive to High Viscosity (2020)
  • Author(s): Nishi Naoya、Yamazawa Takashi、Sakka Tetsuo、Hotta Hiroki、Ikeno Takayuki、Hanaoka Kenjiro、Takahashi Hiromi
  • Journal Title: Langmuir Volume: 36 Issue: 35 Pages: 10397-10403
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c01528
  • NAID: 120007167302
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rational Design of A Near-infrared Fluorescence Probe for Ca2+ Based on Phosphorus-substituted Rhodamines Utilizing Photoinduced Electron Transfer (2020)
  • Author(s): Shodai Takahashi, Kenjiro Hanaoka, Yohei Okubo, Honami Echizen, Takayuki Ikeno, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Kenzo Hirose, Masamitsu Iino, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • Journal Title: Chem. Asian J. Volume: 15 Issue: 4 Pages: 524-530
  • DOI: 10.1002/asia.201901689
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Fluorescent Probe for Rapid, High-Contrast Visualization of Folate-Receptor-Expressing Tumors in Vivo (2020)
  • Author(s): Koji Numasawa, Kenjiro Hanaoka, Naoko Saito, Yoshifumi Yamaguchi, Takayuki Ikeno, Honami Echizen, Masahiro Yasunaga, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Masayuki Miura, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 59 Issue: 15 Pages: 6015-6020
  • DOI: 10.1002/anie.201914826
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a platform for activatable fluorescent substrates of glucose transporters (GLUTs) (2019)
  • Author(s): Takasugi Tomohiro、Hanaoka Kenjiro、Sasaki Ayako、Ikeno Takayuki、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Yamada Katsuya、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Bioorganic & Medicinal Chemistry Volume: 27 Issue: 10 Pages: 2122-2126
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2019.02.055
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Design of Photostable, Activatable Near‐Infrared Photoacoustic Probes Using Tautomeric Benziphthalocyanine as a Platform (2019)
  • Author(s): Naoyuki Toriumi, Norihito Asano, Takayuki Ikeno, Atsuya Muranaka, Kenjiro Hanaoka, Yasuteru Urano, Masanobu Uchiyama
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 58 Issue: 23 Pages: 7788-7791
  • DOI: 10.1002/anie.201903303
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design and Synthesis of an Activatable Photoacoustic Probe for Hypochlorous Acid (2019)
  • Author(s): Ikeno Takayuki、Hanaoka Kenjiro、Iwaki Shimpei、Myochin Takuya、Murayama Yoshiaki、Ohde Hisashi、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Nagano Tetsuo、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Analytical Chemistry Volume: 91 Issue: 14 Pages: 9086-9092
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.9b01529
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of unsymmetrical Si-rhodamine fluorophores and application to a far-red to near-infrared fluorescence probe for hypoxia (2018)
  • Author(s): Hanaoka Kenjiro、Kagami Yu、Piao Wen、Myochin Takuya、Numasawa Koji、Kuriki Yugo、Ikeno Takayuki、Ueno Tasuku、Komatsu Toru、Terai Takuya、Nagano Tetsuo、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 54 Issue: 50 Pages: 6939-6942
  • DOI: 10.1039/c8cc02451k
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 生細胞におけるCYP3A4活性を検出可能な蛍光プローブの開発 (2020)
  • Author(s): 池野喬之
  • Organizer: 日本薬学会第140年会
• [Presentation] TICT機構に基づく新規蛍光制御原理を用いた CYP3A活性検出蛍光プローブの開発 (2019)
  • Author(s): 池野喬之
  • Organizer: 第14回日本分子イメージング学会
• [Presentation] TICT機構に基づく消光機構を利用したCYP3A活性検出蛍光プローブの開発 (2019)
  • Author(s): 池野喬之
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会 第14回年会
• [Presentation] TICT機構に基づく消光機構を利用したCYP3A活性検出蛍光プローブの開発 (2019)
  • Author(s): 池野喬之
  • Organizer: 第13回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] 生細胞応用可能なCYP3A4活性検出蛍光プローブの開発 (2019)
  • Author(s): 池野喬之
  • Organizer: 日本動物実験代替法学会 第32回大会
• [Presentation] 立体的ねじれに起因するTICTを利用したCYP3A活性検出蛍光プローブの開発 (2019)
  • Author(s): 池野喬之
  • Organizer: 日本薬学会第139年会(千葉)
• [Presentation] ねじれ型分子内電荷移動に基づく消光機構を利用した蛍光プローブの開発 (2018)
  • Author(s): 池野喬之
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第13回年会
• [Presentation] 次亜塩素酸検出 Activatable 型光音響プローブの開発 (2018)
  • Author(s): 池野喬之
  • Organizer: 第16回次世代を担う若手のためのフィジカル・ファーマフォーラム(PPF2018)
• [Presentation] ねじれ型分子内電荷移動(TICT)に基づく消光機構を利用した蛍光プローブの開発 (2018)
  • Author(s): 池野喬之
  • Organizer: 第12回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] DEVELOPMENT OF AN ACTIVATABLE PHOTOACOUSTIC PROBE FOR HYPOCHLOROUS ACID (2018)
  • Author(s): 池野喬之
  • Organizer: International Chemical Biology 2018
  • Int'l Joint Research
• [Patent(Industrial Property Rights)] 新規無蛍光性ローダミン類 (2019)
  • Inventor(s): 花岡健二郎、浦野泰照、池野喬之
  • Industrial Property Rights Holder: 花岡健二郎、浦野泰照、池野喬之
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2019
  • Overseas