2017 Fiscal Year Research-status Report
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17K14511
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
上野 匡 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (60462660)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 機能性小分子 / アクチン骨格 / 光制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アクチンは細胞骨格の一種であり，様々な外的な刺激や発生のコンテクストによって応答して，ネットワークが速やかに，また動的に再編成される．これにより細胞極性形成や神経突起の伸長，細胞運動などの細胞のダイナミクスが支えられている．本研究課題では，運動や細胞内物質輸送，細胞間の力の発生のといったさまざまな現象で多種多様な機能を果たす光によりアクチンを，時空間的に操作可能な技術を確立することを目的に，独自の発見に基づき光機能性プローブの開発を行っている．
申請者は，本研究課題とは別の目的の蛍光プローブの開発を行う過程で得られた蛍光色素がアクチン繊維を染めることを偶発的に発見しており，これが本研究課題の端緒となった．従来，アクチン繊維に高い親和性を有する化合物は，複雑な構造を有する非天然環状ペプチドや大員環ラクトンが報告されるのみであったが，申請者らの発見した分子はロドール類に属する非常に単純な蛍光分子でありながら，アクチンへの高い結合性を呈していた．本研究課題では「光によるアクチン繊維の制御」という目的を達成するために，この独自に発見したアクチン結合性色素骨格を元に，アクチン繊維への分子の結合とアクチン繊維の操作という２つの機能を有する機能性分子の開発を行っている．初年度はアクチン繊維の結合に関して精査をすすめた．具体的には『アクチン骨格の制御を司る機能性部位を骨格に対してどのように組み込むのか』，また，『光によるアクチン骨格への結合親和性の制御が可能か』に関して検討すべく，まずは色素骨格の誘導展開を行うことで構造活性相関の知見を得た．アクチン骨格の制御が可能な機能性分子の合成・開発をすすめている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題申請時においては，アクチン繊維を可視化可能な蛍光プローブの開発を行うことを目的とし，研究を遂行しており，申請時の計画としては，『アクチン骨格の制御を司る機能性部位を骨格に対してどのように組み込むのか』，また，『光によるアクチン骨格への結合親和性の制御が可能か』に関して検討すべく，まずは色素骨格の誘導展開を行うことで構造活性相関の知見を得つつ，分子の機能化をすすめる計画であった．
申請当初の予定では，アクチン骨格に結合能を有する分子であるロドール色素誘導体を母核として，この9位に結合する芳香環にリンカーを介してアクチン骨格制御部位を結合させる目論見であったが，構造展開に自由度が高いと予想していた芳香環部位は，嵩高い官能基の導入によってアクチン結合性が完全に消失してしまうことが判明した．一方で興味深いことに，ロドール色素骨格に対して直接的に修飾を施すと親和性が向上する化合物も得られるなど，当初想定されていなかった知見を得ることが出来た．これらの知見は，当初予想していないものであったが，新たな知見を活かすことで，研究の目的を達成することが，合成や分子設計の容易さという点で，機能性分子の開発を，より効率的にすすめるための知見となった．現在，30年度に得られた知見をもとに，アクチン繊維を制御可能な分子の開発を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は予備検討の段階で，プローブの系統的な合成，in vitro/ in cellulo における結合活性の精査や，生細胞，固定細胞を用いた系において体系的なデータをスムースに得られる実験系の構築も完了していることから，ここまで順調に進行している．本研究課題の最大の目標である「光によるアクチン繊維の制御」という目的を達成するために本研究では，アクチン繊維への分子の結合制御とアクチン繊維の操作という機能を２分する戦略で機能性分子の開発を行っている．１年目に行った構造活性相関研究により得られた知見により，結合活性の制御や，アクチン繊維の制御を司る機能部位を結合させることができる部位に関する知見が得られたことから，2年度以降は，アクチン繊維を崩壊させる機能性分子の開発を行っていく．まずは，アクチン繊維の分解を惹起する分子の開発を行い，in cellulo の系に応用し，アクチン繊維の分解が引き起こされるかどうか，またどのような経時変化となるのか等に関して精査を行っていく．アクチン繊維の制御が確立された後は，分子のケージド化を行うことで時空間精度よくアクチン繊維の崩壊を惹起できる系へと発展させる．光照射を行う細胞特異的にアクチン繊維が崩壊する条件を見出すために，蛍光タンパク質でラベル化されたアクチンやlifeact 等の蛍光プローブを発現させ，繊維の様子をリアルタイムで可視化しながら，評価を行うことも重要であると考えている．
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