2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of fluorescent probes highly sensitive to membrane potential and their design principles
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16K05740
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
大庭 亨 宇都宮大学, 工学部, 教授 (30291793)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 蛍光プローブ / 膜電位 / イメージング / 神経細胞 / エレクトロクロミズム / ケミカルバイオロジー / 超分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，精神疾患や認知症の克服に資するため、神経回路研究用の高感度な低分子プローブを開発することが目的である。本研究の膜電位感受性蛍光色素の開発目標は、1 mVあたり1％以上の蛍光強度変化を与えるものである。
両親媒性や分子ワイヤーの有無が異なる新規なキノリルピロール類を合成した。この色素の電位応答をリポソームとバリノマイシンを用いたモデル系で測定したところ，117 mVの膜電位変化に伴って蛍光強度が6.8倍ほど増大することがわかった。この電位応答性は分子構造に強く依存し，ピリジル基や分子ワイヤーの有無で大きく変化した。このことから，蛍光発色団を分子ワイヤーと組み合わせる本研究の設計指針の妥当性が示唆された。この色素はHEK293細胞やマウスNeuro2A細胞では細胞膜に局在せず，内膜系に移行する傾向が見られた。そこで両親媒性を改良し，細胞膜に局在する色素を得ることができた。パッチクランプ法を用いて，膜電位とこの色素の蛍光強度との相関を調べたが，強光下で褪色しやすいことがわかった。したがって，これを実用的な膜電位感受性蛍光色素とするには，より褪色しにくい蛍光発色団の利用が必要であると考えられた。一方，心筋等のイオンチャネル標的薬のスクリーニングなど，強光が不要な条件下での応用に可能性があると考えられた。
この他， 色素を特定の蛋白質などに修飾するリンカーとして，種々のアジリン類を合成した。そのうちの一つはアミノ酸のうちヒスチジンを特異的に付加させることがわかった。ヒスチジン選択的なリンカー分子はほとんど例がなく，神経細胞標的型プローブをつくるための有用なツールとなると期待される。
以上の成果は学協会誌や学会などで発表した（投稿中１報）。
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[Journal Article] Synthesis of green fluorescent protein chromophore analogues for interdisciplinary learning for high school students2019
Author(s)
Shiho Numanoi, Makiko Hashimoto, Sonoko Hashimoto, Katsunori Kazawa, Ryo Sakaguchi, Kota Miyata, Rino Iwakami, Takahiro Mitome, Shintaro Anju, Ryo Shinotsuka, Toru Oba
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Journal Title
J. Chem. Educ.
Volume: 96
Pages: 503-507
DOI
Peer Reviewed
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