Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
時空間トランススケールイメージングの実現には、高輝度かつ長時間観察可能な発光プローブが必要不可欠である。本研究では生物発光基質フリマジンに注目し、高輝度・長期観察可能な生物発光イメージング技術の確立を目指す。フリマジンは酵素NanoLucを用いることで最高水準の発光輝度を示し、細胞小器官レベルでのイメージングを可能にした。しかし、フリマジンは酸化安定性に乏しく、動物個体における非特異的な発光、血中半減期の短さ、水溶性の低さといった問題があり、長期に渡る生物発光イメージングは達成されていない。本研究では、高分子鎖導入により水溶性・安定性・血中滞留性を向上させたフリマジン誘導体を開発する。
生物発光基質furimazine (FMZ)に注目し、高輝度・長期観察可能な生物発光イメージング技術の確立を目指した。FMZは酵素NanoLucを用いることで最高水準の発光輝度を示し、細胞小器官レベルでのイメージングを可能にした。しかし、FMZは酸化安定性に乏しく、動物個体においては基質投与直後から非特異的な発光シグナルが観察されることが問題となっている。FMZ/NanoLuc発光系の弱点であったFMZの不安定な性質を、酸化寄与部位であるC3位に保護基を導入することで、非特異酸化の抑制、発光反応速度の遅延を通じて長時間イメージングを達成した。保護基には、生体内のエステラーゼおよび水により脱保護可能な、アシル系保護基のAcetyl基、Propinyl基、Pivaloyl基、およびカルバメート系保護基であるtert-butoxycarbonyl (Boc) 基を選択した。まずエタノール中での安定性を評価したところ、全てのFMZ誘導体は、FMZに比べて高い安定性を示し、嵩高い保護基ほど安定化効果が大きいことが確認された。また、バッファー中では保護基の種類によって、異なった加水分解速度を示した。このように、エタノールのストック溶液中では安定に保存することができ、保護基の種類を変えることで、脱保護の反応速度を調節できるため、イメージングの目的に合わせて基質が選択できることが示された。これらFMZ誘導体を生細胞へと応用したところ、Boc-FMZにおいては4倍、Pivaloyl-FMZにおいては6倍、FMZより長時間イメージングを達成した。Pivaloyl-FMZ, Boc-FMZを用いてシングルセルイメージングを行なったところ、FMZに比べて高S/N比・長時間イメージングが達成され、本研究技術は細胞一つ一つを余すことなく長期間観察できるトランススケールイメージングの実現に貢献できる。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2021 2020 2019
All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results, Peer Reviewed: 4 results, Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)
Organic & Biomolecular Chemistry
Volume: 19 Issue: 3 Pages: 579-586
10.1039/d0ob02020f
Chemistry Letters
Volume: - Issue: 5 Pages: 870-887
10.1246/cl.200917
130008040411
Analytical Chemistry
Volume: 92 Issue: 6 Pages: 4235-4243
10.1021/acs.analchem.9b04562
Anal. Chem.
Volume: 91(15) Issue: 15 Pages: 9546-9553
10.1021/acs.analchem.9b00694
