蛋白質と化合物の共進化により誘導される蛍光/PET脳機能イメージング技術

• Project Area: Resonance Biology for Innovative Bioimaging
• Project/Area Number: 18H04752
• 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: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 下條 雅文 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 脳機能イメージング研究部, 研究員(任常) (20455348)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2018: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: 蛍光 / PET / 生体脳イメージング / 生体深部 / マルチモーダル / レポーター / 生体脳 / レポーター遺伝子 / 生体深部イメージング / 非侵襲

Outline of Annual Research Achievements

生体分子を可視化する手段として、蛍光は時空間分解能に優れ多様なプローブ開発ができる一方、ポジトロン断層撮像(PET)は生体深部を非侵襲的に画像化できる優位性を有し、相互補完的に活用する事でミクロとマクロを繋ぐイメージング技術となり得る。本研究課題では、標的レポーター分子を蛍光と放射性核種でそれぞれ標識された化合物プローブにより検出可能な生体脳イメージング技術を確立し、その性能亢進と応用性の拡張を目指した。
初年度は、細胞やマウス脳に野生型レポーター分子を発現させ蛍光とPETでイメージングする技術を開発し、Split型レポーター分子の設計を通じて蛋白質間の相互作用を検出する事に成功した。本年度は、分子シミュレーション解析に基づいて野生型レポーター分子への変異導入と化合物の構造改変によるレポーター性能の共進化を図り、親和性の大幅に改善した変異体と化合物誘導体の組合せを見出す事に成功した。また、従来型の蛍光プローブは脳移行性に改善の余地があったため、脳移行性を高めた新規赤色蛍光プローブを領域内の共同研究により新たに開発し、細胞内レポーター分子の発現を高効率で標識できる事を明らかとした。一方、Split型レポーター分子にリンカー配列を介して凝集性蛋白質を連結する事により、生細胞や動物脳で同蛋白質が多量体形成していく様子を捉える事に成功した。細胞特異的にシグナル経路の活性化や受容体二量体化などを検出できる見込みも得られており、同技術を活用した幅広い生体脳イメージングとしての有用性を示す事ができた。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Selective Disruption of Inhibitory Synapses Leading to Neuronal Hyperexcitability at an Early Stage of Tau Pathogenesis in a Mouse Model. (2020)
  • Author(s): Shimojo M, Takuwa H, Takado Y, Tokunaga M, Tsukamoto S, Minatohara K, Ono M, Seki C, Maeda J, Urushihata T, Minamihisamatsu T, Aoki I, Kawamura K, Zhang MR, Suhara T, Sahara N, Higuchi M.
  • Journal Title: J Neurosci. Volume: 40 Issue: 17 Pages: 3491-3501
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2880-19.2020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synaptotagmin-11 mediates a vesicle trafficking pathway that is essential for development and synaptic plasticity (2019)
  • Author(s): Shimojo Masafumi、Madara Joseph、Pankow Sandra、Liu Xinran、Yates John、S?dhof Thomas C.、Maximov Anton
  • Journal Title: Genes & Development Volume: 33 Issue: 5-6 Pages: 365-376
  • DOI: 10.1101/gad.320077.118
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Genetically encoded reporter for bimodal optical and PET imaging in the mammalian brain (2019)
  • Author(s): Shimojo M, Ono M, Takuwa H, Mimura K, Nagai Y, Fujinaga M, Kikuchi T, Okada M, Seki C, Tokunaga M, Maeda J, Takado Y, Takahashi M, Minamihisamatsu T, Zhang MR, Tomita Y, Suzuki N, Minamimoto T, Maximov A, Suhara T, Sahara N, Higuchi M
  • Organizer: UK-Japan Neuroscience Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synaptotagmin-11 mediates a vesicle trafficking pathway that is essential for development and synaptic plasticity (2019)
  • Author(s): Shimojo M, Madara J, Pankow S, Liu X, Yates J 3rd, Sudhof TC, Higuchi M, Maximov A
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synaptotagmin-11 mediates a vesicle trafficking pathway that is essential for development and synaptic plasticity (2019)
  • Author(s): Shimojo M, Madara J, Pankow S, Liu X, Yates J 3rd, Sudhof TC, Higuchi M, Maximov A
  • Organizer: Neuro2019
• [Presentation] Genetically encoded reporter for bimodal optical and PET imaging in the mammalian brain (2019)
  • Author(s): Shimojo M, Ono M, Takuwa H, Mimura K, Nagai Y, Fujinaga M, Kikuchi T, Okada M, Seki C, Tokunaga M, Maeda J, Takado Y, Takahashi M, Minamihisamatsu T, Zhang MR, Tomita Y, Suzuki N, Minamimoto T, Maximov A, Suhara T, Sahara N, Higuchi M
  • Organizer: Brain & BrainPET
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genetically encoded reporter for bimodal optical and PET imaging in the mammalian brain (2018)
  • Author(s): Masafumi Shimojo, et al
  • Organizer: SfN2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In vivo assessment of synaptic properties in rTg4510 tauopathy transgenic mouse model by positron emission tomography (2018)
  • Author(s): Masafumi Shimojo, Hiroyuki Takuwa, Yuhei Takado, Masaki Tokunaga, Urushihata Takuya, Tsukamoto Satoshi, Jun Maeda, Takeharu Minamihisamatsu, Ming-Rong Zhang, Ichio Aoki, Tetsuya Suhara, Naruhiko Sahara, Makoto Higuchi
  • Organizer: 第37回認知症学会
• [Presentation] Genetically encoded reporter for bimodal optical and PET imaging in the mammalian brain (2018)
  • Author(s): Masafumi Shimojo, et al
  • Organizer: 第41回 日本神経科学大会
• [Presentation] Genetically encoded reporter for bimodal optical and PET imaging in the mammalian brain (2018)
  • Author(s): Masafumi Shimojo, et al
  • Organizer: FENS Forum2018
  • Int'l Joint Research