過渡的複合体の解析を可能にするケージド化合物の設計と合成

• Project Area: Integrative understanding of biological processes mediated by transient macromolecular complexes; New technology for visualizing physiologically metastable states.
• Project/Area Number: 24121724
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Toho University
• Principal Investigator: 古田 寿昭 東邦大学, 理学部, 教授 (90231571)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2013: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2012: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: ケージド化合物 / 光スイッチ / 光化学 / 遺伝子 / 蛍光 / パクリタキセル

Research Abstract

(1) 高い光反応性を持つケージド化合物：１光子励起および２光子励起で高い光反応性が期待される新規ケージド化合物を設計・合成した。生細胞内で任意のタンパク質をラベル化可能な，新しいケージドフルオロフォアとして，Bhcmoc-fluorescein-Haloの合成に成功した。
(2) 核酸のケージド化合物の高機能化：任意の遺伝子の機能発現または機能抑制を，高い時空間分解能で光制御する手法開発を目的に研究を行った。あらかじめ調製したプラスミドDNAやmRNAを，適切に設計したケージング試薬との反応でケージド化合物に変換できれば，実用的な実験手法になりうると期待される。そこで，様々な機能を容易に導入できる核酸のケージング試薬を新たに開発して従来法の問題点の解決を図った。精製用のビオチンタグ付きのケージング試薬Bio-Bhc-diazoを利用して，ケージングしたdsDNAを精製できること，紫外光照射でBio-Bhc基を脱保護できることを確認した。さらに，Bio-Bhc-caged dsDNAを用いて，哺乳動物培養細胞内で，遺伝子の機能発現を光制御できることを明らかにした。
(3) 過渡的複合体の時空間動態を光制御する多機能性ケージド化合物：ケージド化合物の有用性を高めるため，多様な機能を容易に導入可能なケージンググループを開発した。また，グルコース修飾したケージドパクリタキセル2’-Glc-paBhcmoc-PTXは水溶性と光反応性が大きく向上することを明らかにした。アラキドン酸のケージド化合物paBhcmoc-arachidonic acidは，DGKの細胞内動態を光制御可能であることも明らかにした。

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] Preparation and affinity-based purification of caged linear DNA for light-controlled gene expression in mammalian cells (2014)
  • Author(s): A. Teraoka, K. Murakoshi, K. Fukamauchi, A. Z. Suzuki, S. Watanabe and T. Furuta
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 50 Issue: 6 Pages: 664-666
  • DOI: 10.1039/c3cc46607h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Isostere-Based Design of 8-Azacoumarin-Type Photolabile Protecting Groups: A Hydrophilicity-Increasing Strategy for Coumarin-4-ylmethyls (2014)
  • Author(s): Narumi, T., Takano, H., Ohashi, N., Suzuki, A., Furuta, T., Tamamura, H.
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 16 Issue: 4 Pages: 1184-1187
  • DOI: 10.1021/ol5000583
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 生命システムの動的制御を可能にするケージド化合物の開発 (2013)
  • Author(s): 鈴木商信，古田寿昭
  • Journal Title: 化学工業 Volume: 64 Pages: 50-56
• [Journal Article] Designing Caged Compounds for Spatiotemporal Control of Cellular Chemistry (2012)
  • Author(s): T. Furuta
  • Journal Title: Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan Volume: 70 Issue: 11 Pages: 1164-1169
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.70.1164
  • NAID: 10031131195
  • ISSN: 0037-9980, 1883-6526
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design, synthesis, and photochemistry of modular caging groups for photoreleasable nucleotides. (2012)
  • Author(s): Furuta T, Manabe K, Teraoka A, Murakoshi K, Ohtsubo A, Suzuki A.
  • Journal Title: Org Lett. Volume: 14 Issue: 24 Pages: 6182-6185
  • DOI: 10.1021/ol3029093
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 任意のタンパク質をラベル化できる新規ケージドフルオロフォアの合成と光反応性 (2013)
  • Author(s): 利根川千尋，中山智裕，鈴木商信，古田寿昭
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学（滋賀県）
  • Year and Date: 2013-03-25
• [Presentation] beta-ガラクトシダーゼ存在下で光解離するケージド化合物の開発 (2013)
  • Author(s): 岡 映里，鈴木 商信，古田 寿昭
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学（滋賀県）
  • Year and Date: 2013-03-25
• [Presentation] Modular caged compounds: Design, synthesis and their use (2012)
  • Author(s): T. Furuta
  • Organizer: 3rd International symposium on Creation of functional Materials
  • Place of Presentation: 筑波大学（茨城県）
  • Year and Date: 2012-12-11
  • Invited
• [Presentation] Synthesis and photochemistry of caged nucleosides (2012)
  • Author(s): E. Oka, A. Asaba, A. Suzuki and T. Furuta
  • Organizer: 13th Tetrahedron Symposium Asian Edition, Challenge in Bioorganic Organic Medicinal Chemistry
  • Place of Presentation: Howard Civil International Centre (Taiwan)
  • Year and Date: 2012-11-30
• [Presentation] Synthesis and photochemistry of new caged fluorophores (2012)
  • Author(s): C. Tonegawa, T. Nakayama, A. Suzuki and T. Furuta
  • Organizer: 13th Tetrahedron Symposium Asian Edition, Challenge in Bioorganic Organic Medicinal Chemistry
  • Place of Presentation: Howard Civil International Centre (Taiwan)
  • Year and Date: 2012-11-30
• [Presentation] Affinity purification of biotinylated caged nucleotides using a streptavidin magnetic bead (2012)
  • Author(s): A. Teraoka and T. Furuta
  • Organizer: 13th Tetrahedron Symposium Asian Edition, Challenge in Bioorganic Organic Medicinal Chemistry
  • Place of Presentation: Howard Civil International Centre (Taiwan)
  • Year and Date: 2012-11-28
• [Presentation] 細胞の生理機能を光で操作して光で解析する (2012)
  • Author(s): 古田寿昭
  • Organizer: 第32回生命科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東邦大学（千葉県）
  • Year and Date: 2012-10-31
  • Invited
• [Presentation] 光技術を用いた脳機能プロービング開発・支援活動：ケージド化合物 (2012)
  • Author(s): 古田寿昭
  • Organizer: 2012年度 包括脳ネットワーク夏のワークショップ
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県）
  • Year and Date: 2012-07-27
  • Invited
• [Presentation] 過渡的複合体の解析を可能にするケージド化合物 (2012)
  • Author(s): 古田寿昭
  • Organizer: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県）
  • Year and Date: 2012-06-20
  • Invited
• [Presentation] 細胞の生理機能を制御するケージド化合物
  • Author(s): 古田寿昭
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー
  • Place of Presentation: 大阪大学蛋白質研究所（大阪府吹田市）
  • Invited
• [Presentation] 光技術を用いた脳機能プロービング開発・支援活動：ケージド試薬
  • Author(s): 古田寿昭
  • Organizer: 2013年度 包括脳ネットワーク夏のワークショップ
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Invited
• [Presentation] Photo-regulation of gene expression with biotinylated caged DNA
  • Author(s): A. Teraoka, T. Furuta
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸国際展示場（兵庫県神戸市）
• [Presentation] Novel strategy for preparing caged DNAs using a sequence-selective nucleotide caging agent
  • Author(s): W. Hashiba, T. Hoshida, T. Furuta
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸国際展示場（兵庫県神戸市）
• [Book] 「実験医学増刊 疾患克服をめざしたケミカルバイオロジー」 (2012)
  • Author(s): 古田寿昭
  • Publisher: 羊土社
• [Book] 「実験医学別冊 遺伝子導入プロトコール」 (2012)
  • Author(s): 古田寿昭
  • Total Pages: 69
  • Publisher: 羊土社
• [Book] 「実験医学増刊 心と体のクロストークから解く精神・神経疾患ー」 (2012)
  • Author(s): 尾藤晴彦，松崎政紀，吉村由美子，古田寿昭
  • Publisher: 羊土社
• [Patent(Industrial Property Rights)] 細胞種選択的に光活性化可能なケージド化合物 (2013)
  • Inventor(s): 古田寿昭，曽根雅紀，鈴木商信，岡 映里
  • Industrial Property Rights Holder: 東邦大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2013-036379
  • Filing Date: 2013-02-26