Development of chemiluminescent sensor molecules that efficiently work under near-physiological conditions

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H04000
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Drug development chemistry
• Research Institution: Nagoya City University
• Principal Investigator: Higuchi Tsunehiko 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 教授 (50173159)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梅澤 直樹 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 准教授 (40347422) ; 久松 洋介 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 講師 (80587270)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 化学発光 / 分子内水素結合 / 設計原理 / アミド / 1,2-ジオキセタン / pH / 反応速度 / 反応機構

Outline of Final Research Achievements

A pioneering chemiluminescent molecule reported by Schaap and co-workers, 3-(2’-spiroadamantane)-4-methoxy-4-(3’’-hydroxy)phenyl-1,2-dioxetane (AMPD), does not require enzymatic activation, but is unsuitable for use under physiological conditions. To overcome this limitation, we have developed a new AMPD derivative that contains an acetamido group at the ortho position of the hydroxy group as an intramolecular hydrogen-bonding site in order to lower the pKa value. This compound exhibits a superior chemiluminescence response to AMPD in the physiologically relevant pH range.

Free Research Field

ケミカルバイオロジー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果により、AMPDのフェノール性水酸基のオルト位にアミド基を導入することにより、化学発光のpHプロファイルを生理的条件に有利な方向にシフトさせることができることと、反応速度を格段に高めることが明らかになった。反応速度を高めることにより、化学発光の時間分解能を高めることができる利点となると考えられる。分子内水素結合が反応を大きく促進するという知見は、AMPDが2分子に分解したあとの電子移動が律速であることを示唆する。さらに、アミド基導入が化合物の熱安定性を高める効果も見られた。本研究の成果は、今後のジオキセタン型化学発光プローブの設計原理の一つとして応用されることが期待される。