Chemical probes for controlling memory dynamism

• Project Area: Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems
• Project/Area Number: 16H01282
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Toho University
• Principal Investigator: 古田 寿昭 東邦大学, 理学部, 教授 (90231571)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2017: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2016: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: ケージド化合物 / エピジェネティクス / 光スイッチ / 光薬理学 / ケミカルバイオロジー / 光制御 / 化学プローブ / 化学生物学 / 有機化学 / 脳・神経 / 合成化学

Outline of Annual Research Achievements

標的細胞選択的にエピジェネティクス関連酵素の働きを制御する実験手法を開発するため，ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤として知られるSAHA（ボリノスタット）を修飾して，標的細胞選択的にその阻害活性を制御できる分子を設計・合成し，その化学系性質を検証した。光分解性保護基であるBhc基で修飾した Bhc-SAHA とPLE作動性が期待される MCPCM-Bhc-SAHA の合成を行った。精製PLEやPLE発現細胞溶解液との反応では、MCPCM-Bhc-SAHAの酵素分解性保護基が脱保護されることを確認した。405 nm光を照射すると、 Bhc-SAHAからSAHAが生成すること、一方，MCPCM-Bhc-SAHAは光分解が生じないことを確かめた。HeLa細胞核抽出液を用いてHDAC阻害作用の残存活性を評価したところ， Bhc-SAHAおよびMCPCM-Bhc-SAHAの阻害活性はSAHAの1/1000程度に低下していることを確認した。さらに Bhc-SAHAを用いると、405 nm光照射時間依存的にHDACの阻害作用が増加することが確認された。HEK293T細胞の内在性HDACの阻害効果を生細胞を用いて評価した。その結果，Bhc-SAHA存在下では核抽出液の結果と同様に、405 nm光照射を行うことでHDACの阻害効果の回復が確認できた。MCPCM-Bhc-SAHAでは、PLE発現細胞かつ光照射有りの条件下で強力なHDAC阻害作用が見られた。
標的細胞選択性を付与する酵素/基質ペアを探索することで，内在性酵素による影響を最小限に抑える組合せを見出すことも可能と考えられる。さらに，互いに直交的にはたらく酵素/基質ペアを用意して，同一細胞内で複数のシグナル分子を独立に操作する多因子制御への展開の道を拓く研究成果が得られたと考えている。

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。

Research Products

• [Journal Article] 増大特集 細胞多様性解明に資する光技術─見て,動かす Ⅳ.狙ったものを動かす ケージドヌクレオチドによる細胞機能の光制御 (2017)
  • Author(s): 古田寿昭
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 68 Issue: 5 Pages: 502-503
  • DOI: 10.11477/mf.2425200715
  • ISSN: 0370-9531, 1883-5503
  • Year and Date: 2017-10-15
• [Presentation] Targeting of caged compounds to cells of interest (2018)
  • Author(s): Toshiaki Furuta
  • Organizer: International Symposium on Caged Compounds
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 細胞種選択的に光活性化できるケージドHDAC阻害剤 (2018)
  • Author(s): 坂元 琴子，鈴木 商信，古田 寿昭
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会(2018)
• [Presentation] 細胞種選択性を持つケージドリアノジンレセプターアゴニスト の設計と合成 (2018)
  • Author(s): 青木 花美，船山 瑞季，鈴木 商信，古田 寿昭
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会(2018)
• [Presentation] リアノジン受容体阻害剤のケージド化合物の設計と合成 (2018)
  • Author(s): 横山 愛果，鈴木 商信，古田 寿昭
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会(2018)
• [Presentation] β-ガラクトシダーゼ存在下で光活性化できるケージドアニソマイシンの設計と合成 (2018)
  • Author(s): 大嶋 健太，岡本 栞，鈴木 商信，古田 寿昭
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会(2018)
• [Presentation] 領域特異的に修飾されたビオチン化ケージド核酸の合成 (2018)
  • Author(s): 児玉 一徳，鈴木 商信，古田 寿昭
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会(2018)
• [Presentation] 標的細胞に選択的に送達されるDDS型ケージド化合物の開発 (2018)
  • Author(s): 竹田 詩織，筧 和之，鈴木 商，古田 寿昭
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会(2018)
• [Presentation] Design and synthesis of caged compounds with cell type specificity, ，仙台，2017年3月27日（シンポジウム依頼講演） (2017)
  • Author(s): T..Furuta, A. Z. Suzuki, T. Sakano
  • Organizer: 日本薬学会第137年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-27
  • Invited
• [Presentation] Latent caged cNMPs that can be photoactivated only in the target cells expressing certain enzymes (2017)
  • Author(s): T. Sakano, A. Z. Suzuki T. Ueno, T. Furuta
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2017-03-18
• [Presentation] 細胞種選択的にヒストンの脱アセチル化を制御する 分子の開発 (2017)
  • Author(s): 坂元 琴子，鈴木 商信，古田 寿昭
  • Organizer: 第7回CSJ化学フェスタ2017
• [Presentation] 細胞種選択的に光活性化できる リアノジンレセプターのアゴニストの設計と合成 (2017)
  • Author(s): 青木 花美，船山 瑞季，鈴木 商信，古田 寿昭
  • Organizer: 第7回CSJ化学フェスタ2017
• [Presentation] リアノジン受容体阻害剤の ケージド化合物の設計と合成 (2017)
  • Author(s): 横山 愛果，鈴木 商信，古田 寿昭
  • Organizer: 第7回CSJ化学フェスタ2017
• [Presentation] Caged compounds as optochemical genetic tools －Design, synthesis and their use－ (2016)
  • Author(s): T. Furuta
  • Organizer: The 17th RIES-HOKUDAI International Symposium on Ju
  • Place of Presentation: シャトレーゼガトーキングダムサッポロ（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-12-14
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Design and synthesis of modified inhibitors for epigenetic research (2016)
  • Author(s): K. Sakamoto, A. Z. Suzuki, T. Furuta
  • Organizer: The Fourth Asian Chemical Biology Conference (ACBC2016)
  • Place of Presentation: 85 Sky Tower Hotel (Kaohsiung, TAIWAN)
  • Year and Date: 2016-11-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Latent caged cNMP that can be photoactivated only in the b-galactosidase-expressing cells (2016)
  • Author(s): T. Sakano, A. Z. Suzuki, T. Furuta
  • Organizer: The Fourth Asian Chemical Biology Conference (ACBC2016)
  • Place of Presentation: 85 Sky Tower Hotel (Kaohsiung, TAIWAN)
  • Year and Date: 2016-11-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design and synthesis of autophagy inhibitors having cell type specificity (2016)
  • Author(s): S. Takeda, A. Z. Suzuki, T. Furuta
  • Organizer: The Fourth Asian Chemical Biology Conference (ACBC2016)
  • Place of Presentation: 85 Sky Tower Hotel (Kaohsiung, TAIWAN)
  • Year and Date: 2016-11-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞種選択的にエピジェネティクスを制御する分子の開発 (2016)
  • Author(s): 坂元琴子・鈴木商信・古田寿昭
  • Organizer: 第6回CSJ化学フェスタ2016
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2016-11-16
• [Presentation] 細胞種選択的にオートファジーを阻害する分子の開発 (2016)
  • Author(s): 竹田詩織・鈴木商信・古田寿昭
  • Organizer: 第6回CSJ化学フェスタ2016
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2016-11-16
• [Presentation] 細胞種選択的に光活性化能を獲得するケージドcNMPの開発 (2016)
  • Author(s): 坂野太一・鈴木商信・古田寿昭
  • Organizer: 第6回CSJ化学フェスタ2016
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2016-11-15
• [Remarks] 光で細胞機能を操作するOptochemical Biologyの創生
  • URL: http://www.lab.toho-u.ac.jp/sci/biomol/tfuruta-lab/