イオンチャネル作用薬の効率的探索を指向した新規膜電位応答性色素分子の開発

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16790009
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 野々村 太郎 東京大学, 大学院・薬学系研究科, 助手 (80302082)
• Keywords: 膜電位 / 蛍光色素 / 脂溶性イオン / 脂質二重膜 / イオンチャネル

Research Abstract

以下のような新規作動原理を持つ膜電位応答性蛍光色素の開発について検討を行った。リン酸エステル部の親水性により細胞表面に露出するよう配置された2種類の蛍光色素、細胞膜に埋没した脂溶性イオンからなる電位センサー部位、およびそれらを繋ぐ細胞膜の厚さ分の長さを持つ2本のリンカーから構成される。一般に細胞膜中の脂溶性イオンは細胞質側近傍と細胞表層側近傍に位置する2状態間を行き来するとされており、その分布比はイオンの電荷と周囲の膜電位に依存する。脂溶性イオンの膜電位変化(分極、脱分極)に伴う膜垂直方向への移動により、連結された2つの色素間平均距離は脂溶性イオン部位が細胞質側に来た時に最小値をとり、細胞表層側に来た時には束縛が失われるため側方拡散により色素間距離は最大で膜厚の2倍へと水平方向の距離情報に変換されると期待できる。蛍光色素間のFluorescence resonance energy transfer(FRET)によるエネルギー移動効率は距離の6乗に反比例するため、ドナー側の色素を選択励起した際のそれぞれの色素の蛍光強度比から距離を推定でき、膜電位変化と関連付けられる。
まず、より詳細な分子設計を行った。本系では蛍光団は膜外に露出するため、水中で十分な蛍光強度を持つ事が求められる。そこで、この条件を満たすクマリン系、フルオロセイン系の蛍光色素をそれぞれドナー、アクセプターとして採択した。さらに、種々の置換基を持つ蛍光色素の光学特性データから、比較的短い距離変化に応答する色素の組合せを選択した。
蛍光色素とリンカーを持つ2級リン酸エステルの合成は、ベンジル基を保護基とするホスホロアミダイト法により順次連結する事で達成した。現在、脂溶性イオン部位に4級アンモニウム塩よりも合成が容易なホスホニウム塩を用いる経路に変更し、合成の検討を行っている。