2021 Fiscal Year Annual Research Report
虹色発光線虫に基づく生きた総合病院・環境診断センターの創成
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21H04948
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
金 誠培 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (60470043)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
チッテリオ ダニエル 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00458952)
牧 昌次郎 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20266349)
大浪 修一 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (50348843)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | 生物発光 / 線虫 / 可視化 / 生理活性物質 / 一分子型生物発光プローブ / ルシフェラーゼ / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究年度中、発光線虫技術に向けた基礎から応用に至る研究課題の解決に努力した。まず基礎発光材料として、多彩な発光基質の有機合成を行った。例えば、Sシリーズ、Cシリーズ、Kシリーズの多様なセレンテラジン系の発光基質を合成し、発光プランクトン由来の発光酵素、発光シイタケ由来の発光酵素、一分子型生物発光プローブなどに適用することで、一連の高輝度、多色発光システムを開発した。
Kシリーズ発光基質に基づく発光システムを4種類の一分子型生物発光プローブと組み合わせることにより、４つの異なる動物細胞内の信号伝達を同時に測定する研究を行い、その成果をSci Repに報告した。またSとCシリーズ発光基質をベースに「発光シグネチャー」という新概念の発光システムを開発することができた。この手法は、各発光酵素が発光基質と反応して生み出す「発光スペクトル」や「発光輝度の違い」に、それぞれ区別される独特な個性（発光シグネチャー）があることを発見した。そのシグネチャーを違いを活用すれば、発光信号間の干渉のないマルチカラーイメージングができる。よって、マルチプラックスイメージング分野において重要な技術的な難関を突破できた。この成果を纏めIJMSに2報発表した。
他にも、性ホルモン様化学物質のBRETイメージングプローブの開発、蛋白質間の相互作用を可視化する高輝度分子歪みセンサー、近赤外線（NIR）にいけばいくほど明るくなる発光システムを開発してそれぞれ3報の論文発表をした。
また、モデル生物として線虫に用いられるCa２＋やMg2+の蛍光イメージングセンサーを開発して、線虫内の2価イオン分布のイメージング研究を行った。
これらの研究結果を基に、17件の研究論文（うち、5件の国際共著論文）、25件の学会発表、2本の単行本（Springer Nature）出版、2件の知財登録の成果を得た。
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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
本研究の研究目的は、「化学物質の生理活性評価法」として、「独自の虹色発光線虫モデル」を樹立し、「特異的な発光色・行動パターンの解析」により、「化学物質の生理/老化活性、炎症/免疫毒性など」の評価基盤を創成することである。本研究期間中、この目的に資する様々な研究を行ってきた。その例として、基礎発光材料としてのK、S、Cシリーズ発光基質の有機合成、２価イオン可視化用の蛍光インジケーターの有機合成を行った。また、化学物質の生理活性やホルモン様活性を発光イメージングするために、例えば性ホルモン様化学物質の新規一分子型発光プローブシステムを開発した。この技術はBRET技術を基盤に、本研究者ら独自の一分子型発光プローブ技術を組み合わせた点で、他に例のない長所を有する。他にも応用技術として新規分子歪みセンサーの開発に成功した点を取り上げられる。この発光プローブでは、免疫毒性物質に応じて蛋白質-蛋白質の相互作用(PPI)がおころことに着目し、その相互作用が起こった場合、発光輝度が上がるように設計した。これらの技術は、組織透過性の優れた近赤外発光を示す発光システムであることから、モデル生物の線虫などに最適に適用できる特性を持っている。また線虫への応用として今年度の研究期間中、線虫体内における2価イオン分布のイメージング研究を行った。
これらの研究チーム内外の連携と努力により、17報の研究論文を含め多数の研究業績を得たことが、本研究課題が概ね順調に進展している証しである。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度では多数の研究成果を得たことを踏まえ、今年度中もその研究の勢いを維持しつつ、本研究課題解決に資する様々な研究を進めていく。今年度の研究展開として、以下の３つの方向に合わせて研究を推進する：１．優秀な発光基質の新規合成と化学的な安定性の確保、線虫の皮膚膜透過性の優れた発光基質の合成、２．毒性や催奇形性活性を持つ化学物質やホルモン様化学物質、小分子脂質化合物などに特異的に発光する、高性能一分子型発光プローブの開発、３．開発された発光・蛍光イメージングシステムをモデル動物である線虫に適用する技術を開発する。また、線虫の体内などで起こる様々な分子イベントや信号伝達、２価イオン分布などを可視化する研究を継続して行う。またその研究成果を纏めて論文化するなど、持続的に研究成果の発信に努める。
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[Journal Article] Quantum Yield of Near-Infrared Bioluminescence with Firefly Luciferin Analog: AkaLumine2023
Author(s)
Ryohei Ono, Keita Ohsawa, Yutaka Takahashi, Yoshifumi Noguchi, Nobuo, Kitada, Ryohei Saito-Moriya, Takashi Hirano, Shojiro A. Maki, Keisei, Shibata, Hidefumi Akiyama, Ken-ichiro Kanno, Hideyuki Itabashi, Miyabi Hiyama
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Journal Title
Journal of Photochemistry & Photobiology, A: Chemistry
Volume: 424
Pages: 114270
DOI
Peer Reviewed
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