光機能性プローブを用いた生体分子の小数活性化

• Project Area: Spying minority in biological phenomena -Toward bridging dynamics between individual and ensemble processes-
• Project/Area Number: 24115513
• 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: Osaka University
• Principal Investigator: 水上 進 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30420433)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥14,300,000 (Direct Cost: ¥11,000,000、Indirect Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2013: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2012: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
• Keywords: 蛋白質ラベル化 / 光活性化 / ケージド化合物

Research Abstract

本研究課題では、光を用いて蛋白質を定量的に活性化する技術の開発を目的として研究を行った。その為のアプローチとして、我々が独自に開発した蛋白質を機能性化合物で特異的に修飾する「蛋白質ラベル化技術」を用いた。前年度までに、生きた細胞の内外に発現させた異なる二つのタグを有する蛋白質をクロスリンクするリンカー化合物を開発していた。また、適切な光感受性保護基を用いることで光照射によってラベル化を引き起こすことができるリガンド構造を開発していた。今年度は、この光応答性リガンドを有するクロスリンカー化合物を開発し、光によって細胞機能が制御できるかを検討した。連結する二種類のタグとしては、我々が開発したBL-tagと市販のHaloTagを選択し、それらを光で連結する機能性リンカーを開発した。機能を制御する蛋白質としては膜蛋白質であるEGFRを選択した。二種のタグを融合させたEGFRを同時に細胞内に発現させ、光機能性リンカーを添加した後、光照射を行ったところ、タグ融合EGFRのリン酸化、内在化が観察され、細胞遊走の活性化等の細胞応答を光で惹起することが可能であった。また、細胞以内蛋白質のホモ二量化、ヘテロ二量化についても成功した。また、顕微鏡下での光刺激システムを導入し、生きた細胞内外局所における蛋白質の定量的活性化の検討を行った。以上により、蛋白質相互作用を光を用いて共有結合により固定することで、活性化する技術を開発した。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Development of Functional ¹H MRI Probes Based on Nanoparticle Design (2013)
  • Author(s): 水上進
  • Journal Title: YAKUGAKU ZASSHI Volume: 133 Issue: 3 Pages: 351-354
  • DOI: 10.1248/yakushi.12-00239-1
  • NAID: 130003361923
  • ISSN: 0031-6903, 1347-5231
  • Year and Date: 2013-03-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanospherical Polymer as an MRI Sensor without Paramagnetic or Superparamagnetic Species (2013)
  • Author(s): Satoshi Okada, Shin Mizukami, Yutaka Matsumura, Yoshichika Yoshioka, Kazuya Kikuchi
  • Journal Title: Dalton Trans. Volume: 42 Issue: 45 Pages: 15864-15867
  • DOI: 10.1039/c3dt50378j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficient Development of Luminescent Lanthanide(III) Complexes by Solid-Phase Synthesis and On-Resin Screening (2013)
  • Author(s): Tatsuya Nakamura, Shin Mizukami, Miho Tanaka, Kazuya Kikuchi
  • Journal Title: Chem. Asian J. Volume: 8 Issue: 11 Pages: 2685-2690
  • DOI: 10.1002/asia.201300759
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Luminescent Coelenterazine Derivatives Activatable by β-Galactosidase for Monitoring Dual Gene Expression (2013)
  • Author(s): Lindberg E, Mizukami S, Ibata K, Miyawaki A, Kikuchi K
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 19 Issue: 44 Pages: 14970-14976
  • DOI: 10.1002/chem.201302002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Cell-Impermeable Coelenterazine Derivatives (2013)
  • Author(s): Lindberg E, Mizukami S, Ibata K, Fukano T, Miyawaki A, Kikuchi K
  • Journal Title: Chem. Sci. Volume: 4 Issue: 12 Pages: 4395-4400
  • DOI: 10.1039/c3sc51985f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multifunctional Core-shell Silica Nanoparticles for Highly Sensitive ^<19>F MRI (2013)
  • Author(s): H. Matsushita, S. Mizukami, F. Sugihara, Y. Nakanishi, Y. Yoshioka & K. Kikuchi
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed Volume: 52(in press) Issue: 4 Pages: 52-52
  • DOI: 10.1002/anie.201308500
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Small-Molecule-Based Protein-Labeling Technology in Live Cell Studies : Probe-Design Concepts and Applications (2013)
  • Author(s): S. Mizumkami, Y. Hori & K. Kikuchi
  • Journal Title: Acc. Chem. Res Volume: 46(in press) Issue: 1 Pages: 247-256
  • DOI: 10.1021/ar400135f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] pH Induced dual "OFF-ON-OFFOFF"switch: Influence of a suitably placed carboxylic acid (2013)
  • Author(s): Kalyan K. Sadhu, Shin Mizukami, Akimasa Yoshimura, Kazuya Kikuchi
  • Journal Title: Organic & Biomolecular Chemistry Volume: 11 Issue: 4 Pages: 563-568
  • DOI: 10.1039/c2ob26630j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 細胞蛋白質への機能性分子ラベリング技術 (2013)
  • Author(s): 水上進・菊地和也
  • Journal Title: 未来材料 Volume: 2 Pages: 5-10
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ^<19>F MRI monitoring of Gene Expression in Living Cells via Cell Surface β-Lactamase Activity (2012)
  • Author(s): 松下尚嗣、水上進、杉原文徳、白川昌宏、菊地和也
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 13 Issue: 11 Pages: 1579-1583
  • DOI: 10.1002/cbic.201200331
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simple and Real-time Colorimetric Assay for Glycosidases Activity Using Functionalized Gold Nanoparticles and Its Application for Inhibitor Screening (2012)
  • Author(s): Z. Zeng, S. Mizukami & K. Kikuchi
  • Journal Title: Anal. Chem. Volume: 84 Issue: 21 Pages: 9089-9085
  • DOI: 10.1021/ac301677v
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 19F MRIプローブの開発～酵素活性検出からin vivo応用まで (2013)
  • Author(s): 水上進
  • Organizer: 日本薬学会第133年会シンポジウム
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2013-03-30
  • Invited
• [Presentation] Development of 19F MRI Probes Based on Coordination Chemistry and Nanomaterials (2013)
  • Author(s): Shin Mizukami
  • Organizer: 日本化学会 ― Asian International Symposium
  • Place of Presentation: 草津
  • Year and Date: 2013-03-24
  • Invited
• [Presentation] 蛋白質機能を可視化する分子の設計と開発 (2012)
  • Author(s): 水上進
  • Organizer: 新学術領域研究 若手合同シンポジウム「配位プログラム」×「融合マテリアル」
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2012-12-21
  • Invited
• [Presentation] Development of Protein Labeling Technology Based on Mutant β-Lactamase (2012)
  • Author(s): Shin Mizukami, Yuri Akimoto, Akimasa Yoshimura, Mitsuru Ueda, Kazuya Kikuchi
  • Organizer: 新学術領域「少数性生物学」第１回国際会議
  • Place of Presentation: 台北（台湾）
  • Year and Date: 2012-10-16
• [Presentation] ナノバイオプローブ設計を基盤とする 分子イメージング技術開発 (2012)
  • Author(s): 水上進
  • Organizer: 日本化学会 生体機能関連化学部会 若手の会 サマースクール
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2012-07-27
  • Invited
• [Presentation] In vivo 19F MRIを可能とする コア－シェルナノ粒子の開発 (2012)
  • Author(s): 水上進，中西陽介，杉原文徳，向井大陽，菊地和也
  • Organizer: 日本分子イメージング学会 第7回学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 浜松
  • Year and Date: 2012-05-25
• [Presentation] 蛋白質ラベル化技術に基づく生体分子の少数活性化へのアプローチ
  • Author(s): 水上進
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第69回学術講演会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
  • Invited
• [Presentation] 機能性プローブ設計に基づく分子イメージング技術の開発
  • Author(s): 水上進
  • Organizer: 東京工業大学大学院生命理工学研究科 生体分子サイエンスセミナー
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Invited
• [Presentation] Protein labeling technology for investigating small number molecules in living cells
  • Author(s): 水上進
  • Organizer: 日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 京都国際会館
  • Invited
• [Remarks] 大阪大学大学院工学研究科菊地研究室
  • URL: http://www-molpro.mls.eng.osaka-u.ac.jp/