2021 Fiscal Year Research-status Report
複数の細胞内小分子を同時に解析可能なラマンタグの開発
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20K15418
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
江越 脩祐 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (60755932)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Raman imaging / Alkyne / Deuterium / Stable isotope / small biomolecules |
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| Outline of Annual Research Achievements |
顕微鏡の著しい進歩により，化合物やタンパク質をそれぞれ単一で解析することだけではなく，細胞内のタンパク質同士の相互作用やタンパク質と化合物の相互作用をリアルタイムで解析することが可能になった．この解析研究で得られた知見は，薬剤開発や作用機序解明研究など幅広い分野の研究にフィードバックされ，応用研究を通して一般社会へ還元されている．しかし，小分子と小分子の相互作用，特に類似した小分子同士で制御されるそれぞれの細胞内動態を同時に観察できた例は非常に少ない．これは，生細胞内の小分子を観察するために開発された既存のタグが、複数の小分子を同時に観察するには不向きであるという理由が大きい．この問題を解決するため，複数の細胞内小分子を同時に観察できるラマンタグの開発を行った．
本研究では安定同位体元素に着目して分子量がアルキンとほとんど変わらず，重水素―炭素結合（C－D）やアルキン（C≡C－H）のラマンシグナルと区別して観察できる新たなラマンタグとして重水素化アルキン（C≡C－D）を開発した．この重水素化アルキンはアルキンと分子量が１しか変わらないにも関わらず、そのラマンシグナルは約135cm-1と大きく異なることを明らかにした。また、これら二種のアルキンをラマンタグとして用いることで、分子量のほとんど変わらない2種の脂肪酸（ステアリン酸, M.W. 284; オレイン酸, M.W. 282）の細胞内動態を一度の測定でそれぞれ区別して観察することが可能となった．
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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
前年度までにさまざまな重水素化化合物，アルキン化合物を設計・合成して生細胞でも安定かつラマンイメージングが可能な化合物を模索した結果，アルキンの他にも重水素をタグとして用いることで，小分子化合物の細胞内局在を経時的に観察できることが明らかになっていた．今年度は，分子量は１しか違わず、検出されるラマンシグナルが大きく異なる重水素化アルキンとアルキンをタグとして用いることで、炭素数が同じ18で不飽和度が1のみ異なるだけのほぼ同じ構造を有する2種の脂肪酸の細胞内局在をそれぞれ区別して観察できることを見出した．また，重水素化により検出されるラマンシグナルが変化する官能基の検討を行い，重水素化アルキン以外にもラマンタグとなりえる官能基の発見および重水素化数や重水素化部位によってラマンシグナルが変化するなどの知見を得ることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度はこれまでに引き続き様々な安定同位体元素を用いて，細胞内の小分子イメージングに適した新規ラマンタグの設計・合成を行う．開発したラマンタグが細胞内で経時的に検出できることを確認した後，それらを用いて，複数の小分子の細胞内動態を一度に区別して観察できるラマンイメージング技術の確立を目指す．
また，化合物やスペクトルなど論文投稿に必要なデータの収集および今年度までに得られたラマンイメージング技術・研究成果を論文投稿と学会発表で世間に公表する．
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| Causes of Carryover |
前年度にコロナウイルスの影響で本研究のスタートが大きく遅れ，また，海外輸入でしか手に入らない試薬などの入手もコロナウイルスの影響で大幅に遅れが生じるなど，本研究の進行が遅れた．そのため本研究を延長するものとし，次年度は残りの予算を用いて，安定同位体炭素や重水素を使用した新規ラマンタグおよび小分子観察用のラマンプローブの開発に取り組む．また，それに付随してラマン顕微鏡のメンテナンス，論文投稿や学会発表などに多額の費用が必要となるため，多くを次年度使用金として計上した．
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