2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of fluorescent probes highly sensitive to membrane potential and their design principles
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19K05729
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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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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 蛍光プローブ / 膜電位 / 神経細胞 / 超分子 / ケミカルバイオロジー |
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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を目的とした。本研究の膜電位感受性蛍光色素（VSD）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。両親媒性を高めた蛍光色素を新たに設計して合成し、蛍光に溶媒依存性や電位依存性があること、細胞膜に局在することを明らかにすることができた。さらに、その検討を通して分子設計の指針を得ることもできた。まず、6-エチニルキノリンを母体骨格として、そのエチニル基の先およびキノリン環の2位にそれぞれどのようなアリール基を付けると蛍光特性が向上するかを調べた。種々のアリール基の組み合わせを調べた結果、エチニル基の先にジメチルアミノフェニル基、２位にピリジル基の時に、最も溶媒依存性が強くなることがわかった。この分子の励起状態での双極子モーメントは27.7Dと推定された。ジメチルアミノフェニル基とピリジル基の位置を逆転させた分子は、上記のものよりも溶媒依存性が弱かった。さらに、２位ピリジル基をアルキル化し、ピリジニウム・カチオンとした色素は、より長波長側に吸収ピークと蛍光ピークを与えた。この色素の蛍光には電位依存性があり、100 mVの電位変化によって蛍光強度が約10％変化した。この色素は酵母の細胞膜に局在することもわかった。以上より、この色素は新規な膜電位感受性色素として応用可能なことを見出した。以上の成果を踏まえ、引き続きより高分解能の膜電位感受性色素を開発していく予定である。また、酵母をモデル細胞として利用する実験系を最適化し、膜電位検出の実証だけでなく、光による細胞操作プローブとしての応用も検討したい。
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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
両親媒性を高めた色素を合成し、電位応答性と分子構造の関係、細胞導入と細胞内局在の検討ができた。酵母をモデル細胞として利用する実験系は膜電位検出の実証だけでなく、光を利用した細胞操作プローブとしての応用にも役立つと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、①昨年度の成果を踏まえたより高感度な色素の設計および合成。縮合多環芳香族化合物からカーボンナノドットのボトムアップ合成と応用検討。②酵母を用いた膜電位計測実験系の構築、および光細胞操作実験系の構築。③酵母に対する光操作プローブとしての応用検討を進めていく予定である。
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