Development of Chemical Protein Labeling method for Spatiotemporal Modulation of Endogenous Protein Activity in Cells

• Project/Area Number: 23750188
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Chemistry related to living body
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: TAKAOKA Yousuke 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教 (80599762)
• Project Period (FY): 2011 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2012: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2011: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: タンパク質 / ケミカルバイオロジー / 化学修飾 / 酵素 / リガンド / 自己集合

Research Abstract

We developed a novel method for one-step construction of caged enzymes using carbonic anhydrase I (CAI) as a model enzyme. This method is simple and based on the transient tethering of an inhibitor with moderate activity that is directed to the active site on an enzyme surface. We successfully showed that the activity of the caged CAI was almost completely suppressed by Ligand-directed acyl imidazole (LDAI) based labeling and fully recovered by photoirradiation in the crude conditions as well as in test tube settings.

Research Products

• [Journal Article] 動的な自己集合性ナノ粒子によるタンパク質活性のシグナルOFF/ONイメージング (2013)
  • Author(s): 高岡 洋輔、浜地 格
  • Journal Title: 高分子 Volume: 62巻 Pages: 315-317
  • NAID: 10031174571
• [Journal Article] One-step construction of caged carbonic anhydrase I using ligand-directed acyl imidazole-based protein labeling method (2013)
  • Author(s): K. Matsuo, Y. Kioi, R. Yasui, Y. Takaoka, T. Miki, S. Fujishima, I. Hamachi
  • Journal Title: Chem. Sci Volume: 4 Pages: 2573-2580
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protein Organic Chemistry and Applications for Labeling and Engineering in Live-Cell Systems (2013)
  • Author(s): Y. Takaoka, A. Ojida, I. Hamachi
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed Volume: 52 Pages: 4088-4106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantitative comparison of protein dynamics in live cells and in vitro by in-cell 19F-NMR (2013)
  • Author(s): Y. Takaoka, Y. Kioi, A. Morito, J. Otani, K. Arita, E. Ashihara, M. Ariyoshi, H. Tochio, M. Shirakawa, I. Hamachi
  • Journal Title: Chem. Commun Volume: 49 Pages: 2801-2803
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] One-step Construction of Caged Carbonic Anhydrase I Using Ligand-directed Acyl Imidazole-based Protein Labeling Method (2013)
  • Author(s): Kazuya Matsuo
  • Journal Title: Chem. Sci Volume: (印刷中) Issue: 6 Pages: 2573-2580
  • DOI: 10.1039/c3sc50560j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protein Organic Chemistry and Applications for Labeling and Engineering in Live-Cell Systems (2013)
  • Author(s): Yousuke Takaoka
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 52 Pages: 4088-4106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantitative comparison of protein dynamics in live cells and in vitro by in-cell (19)F-NMR. (2013)
  • Author(s): Takaoka Y, Kioi Y, Morito A, Otani J, Arita K, Ashihara E, Ariyoshi M, Tochio H, Shirakawa M, Hamachi I.
  • Journal Title: Chem Commun Volume: 49 Issue: 27 Pages: 2801-2803
  • DOI: 10.1039/c3cc39205h
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Specific Cell Surface Protein Imaging by Extended Self-Assembling Fluorescent Turn-on Nanoprobes (2012)
  • Author(s): K. Mizusawa, Y. Takaoka, I. Hamachi
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 134 Pages: 13386-13395
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Systematic Study of Protein Detection Mechanism of Self-Assembling 19F NMR/MRI nanoprobes toward Rational Design and Improved Sensitivity (2011)
  • Author(s): Y. Takaoka, K. Kiminami, K. Mizusawa, K. Matsuo, M. Narazaki, T. Matsuda, I. Hamachi
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc Volume: 133 Pages: 11725-11731
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Construction of 19F-labeled lectin using ligand-tethered DMAP chemistry for a 19F-NMR based saccharide biosensor (2011)
  • Author(s): Y. Sun, Y, Takaoka, S. Tsukiji, M. Narazaki, T. Matsuda, I. Hamachi
  • Journal Title: Bioorg. Med. Chem. Lett Volume: 21 Pages: 4393-4396
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Systematic Study of Protein Detection Mechanism of Self-assembling 19F NMR/MRI Nanoprobes toward Rational Design and Improved Sensitivity (2011)
  • Author(s): Y. Takaoka, K. Kiminami, K. Mizusawa, K. Matsuo, M. Narazaki, T. Matsuda, I. Hamachi
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 133 Pages: 11725-11731
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Construction of 19F-labeled lectin using ligand-tethered DMAP chemistry for a 19F-NMR based saccharide biosensor (2011)
  • Author(s): Y. Sun, Y. Takaoka, S. Tsukiji, M. Narazaki, T. Matsuda, I. Hamachi
  • Journal Title: Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters Volume: 21 Pages: 4393-4396
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 「天然タンパク質表面の部位特異的なケミカルラベリング法の開発」新学術領域研究天然物ケミカルバイオロジー (2013)
  • Author(s): 高岡 洋輔
  • Organizer: 第4回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2013-05-29
• [Presentation] 革新的ケミカルプローブによるバイオセンシング(2):自己集合性ナノプローブによる細胞内タンパク質イメージング (2013)
  • Author(s): 水澤 圭吾、高岡 洋輔、浜地 格
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] 革新的ケミカルプローブによるバイオセンシング(1):自己会合性ナノプローブによる酵素活性Turn-Onイメージング (2013)
  • Author(s): 松尾和哉
  • Organizer: 日本化学会第９３春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
• [Presentation] 革新的ケミカルプローブによるバイオセンシング(2):自己集合性ナノプローブによる細胞内蛋白質イメージング (2013)
  • Author(s): 水澤圭吾
  • Organizer: 日本化学会第９３春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
• [Presentation] In cellケミカルラベリング(2):アフィニティ駆動型DMAP(AGD)触媒による部位特異的19Fラベル化 (2013)
  • Author(s): 高橋直哉
  • Organizer: 日本化学会第９３春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
• [Presentation] Quantitative Comparison of Protein Dynamics in Live Cells and in vitro by In-Cell 19F-NMR (2012)
  • Author(s): Yousuke Takaoka, Itaru Hamachi
  • Organizer: International Joint Symposium on Single-Cell Analysis
  • Place of Presentation: Kyoto Research Park, Japan
  • Year and Date: 2012-11-28
• [Presentation] 「細胞内在性タンパク質の効率的化学修飾法と機能化」、新学術領域 天然物ケミカルバイオロジー (2012)
  • Author(s): 高岡 洋輔、鬼追 芳行、森戸 昭等、大谷 淳二、有田 恭平、芦原 英司、有吉 眞理子、杤尾 豪人、白川 昌宏、浜地 格
  • Organizer: 第2回若手研究者ワークショップ
  • Place of Presentation: 大阪大学中之島センター
  • Year and Date: 2012-10-30
• [Presentation] 細胞内在性タンパク質の19Fラベリングとダイナミクス解析 (2012)
  • Author(s): 高岡 洋輔、鬼追 芳行、森戸 昭等、大谷 淳二、有田 恭平、芦原 英司、有吉 眞理子、杤尾 豪人、白川 昌宏、浜地 格
  • Organizer: 第6回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2012-09-06
• [Presentation] LDT化学による蛋白質工学(2): 19F-ラベルによる細胞内蛋白質ダイナミクスの定量解析 (2012)
  • Author(s): 高岡 洋輔、鬼追 芳行、森戸 昭等、杤尾 豪人、白川 昌宏、浜地 格
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶応義塾大学
  • Year and Date: 2012-03-28
• [Presentation] LDAI化学によるタンパク質ラベリングを利用したケージド酵素の構築 (2012)
  • Author(s): 松尾和哉
  • Organizer: 第６回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] 細胞内在性タンパク質の19Fラベリングとダイナミクス解析 (2012)
  • Author(s): 高岡洋輔
  • Organizer: 第６回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] Turn-On型蛋白質検出19F MRIプローブの検出メカニズム解明と高感度化 (2011)
  • Author(s): 高岡 洋輔、木南 啓司、水澤 圭吾、松尾 和哉、楢崎 美智子、松田 哲也、浜地 格
  • Organizer: 第5回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2011-09-13
• [Presentation] Turn-on 型蛋白質検出 19F MRI プローブの検出メカニズム解明と高感度化 (2011)
  • Author(s): 高岡 洋輔、木南 啓司、水澤 圭吾、松尾 和哉、楢崎 美智子、松田 哲也、浜地 格
  • Organizer: 第5回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
• [Book] 生体分子および生体反応のイメージング (2012)
  • Author(s): 高岡 洋輔、浜地 格
  • Publisher: 共立出版
• [Book] 生体分子および生体反応のイメージング、最先端材料システム One Point 10イメージング (2012)
  • Author(s): 高岡洋輔
  • Total Pages: 32
  • Publisher: 共立出版
• [Remarks]
  • URL: http://www.sbchem.kyoto-u.ac.jp/hamachi-lab/
• [Remarks] 浜地研究室ー京都大学大学院 工学研究科 合成・生物化学専攻 浜地研究室
  • URL: http://www.sbchem.kyoto-u.ac.jp/hamachi-lab/