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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Creation of a hospital and environmental diagnosis platform based on bioluminescent C. elegans

Research Project

Project/Area Number 21H04948
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

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)

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)
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2025-03-31
Keywords生物発光 / 可視化 / 化学物質 / イメージング / アルブミン / 生理活性 / バイオアッセイ / セレンテラジン
Outline of Annual Research Achievements

当該年度の研究の全体枠組みとして、基礎分野の電通大・牧研と慶大・チッテリオ研の分担者が発光・蛍光インジケーターの合成を行い、産総研・金らが新規バイオアッセイの開発、一分子型発光プローブの設計・開発、動物細胞への応用などを行った。さらに理研・大浪研究室ではこれらの発光システムの線虫応用研究を実施した。
具体的には、牧らは、発光酵素に特異的な発光基質類(K-シリーズ)を合成し、金らの一分子型発光プローブ類と組み合わせて、化学物質のマルチプレックスイメージングシステムを開発した。また牧らはC-シリーズとS-シリーズと言う新規発光基質類を合成し、金らの発光システムと組み合わせることにより、「シグネチャーイメージング」という独特なバイオアッセイ技術を開発した。
他に細胞内蛋白質間の相互作用(PPI)を可視化するBRETプローブの開発、細胞小器官での蛍光-発光イメージング手法の開発などを行った。また外部協力者の島津製作所・基盤研究所の大室らと協力して、近赤外領域に近づけば近づくほど発光輝度が上昇する独特な発光イメージングシステムが開発できた。つい最近では、ヒトやウシ由来の血清アルブミン(HSAやBSA)に特異的に発光する新規発光インジケーター類を開発した。これらの発光インジケーターは、血中アルブミンのバイオアッセイや尿・大便中のアルブミン測定に用いることで、大腸癌や糖尿病の検査などにも応用できる。また、チッテリオらは、独自の合成技術を生かして、生細胞内の二価イオン(Ca2+、Mg2+)の蛍光可視化プローブの合成と動物細胞イメージングに成功した。
最後に、大浪らは、これらの開発した発光・蛍光プローブの線虫応用研究を行った。Ca2+蛍光インジケーターを用いた線虫のイメージングや一分子型発光プローブの遺伝子を線虫型のコドン最適化を行うなど、当該全体研究計画に資する研究を着実に進行した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当該研究期間中(2022-2023年度)に、16報の国際原著論文の発表、2本の関連単行本の出版、3件の特許などの成果があった。これらの研究論文が殆どQ1レベルであり、国際共著論文も多数含んでいること、また当初の研究計画による成果が多数得られたことから、「おおむね順調に進展している」と自評する。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究では、当初予定したように、基盤となる発光インジケーターの合成を継続し、化学物質の生理活性を評価する一分子型発光イメージングプローブの開発を継続する。これらの発光イメージングシステムを動物細胞や線虫などに適用して、化学物質の生理活性の評価システムを発展させる。また、研究の最終年度であることから、これまでの研究内容を纏め、国内外の学会発表にも励む予定である。

  • Research Products

    (52 results)

All 2023 2022

All Journal Article (16 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 16 results,  Open Access: 10 results) Presentation (31 results) Book (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Single-chain multicolor-reporter templates for subcellular localization of molecular events in mammalian cells2023

    • Author(s)
      Kim Sung-Bae、Paulmurugan Ramasamy、Kitada Nobuo、Maki Sojiro A.
    • Journal Title

      RSC Chemical Biology

      Volume: 4 Pages: 1043~1049

    • DOI

      10.1039/d3cb00077j

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Coelenterazine Indicators for the Specific Imaging of Human and Bovine Serum Albumins2023

    • Author(s)
      Kim Sung-Bae、Kamiya Genta、Furuta Tadaomi、Kitada Nobuo、Maki Shojiro A.
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 23 Pages: 6020~6020

    • DOI

      10.3390/s23136020

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Creation of Artificial Luciferase 60s from Sequential Insights and Their Applications to Bioassays2023

    • Author(s)
      Kim Sung-Bae、Furuta Tadaomi、Kitada Nobuo、Maki Shojiro A.
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 23 Pages: 6376~6376

    • DOI

      10.3390/s23146376

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] S-Series Coelenterazine-Driven Combinatorial Bioluminescence Imaging Systems for Mammalian Cells2023

    • Author(s)
      Kamiya Genta、Kitada Nobuo、Furuta Tadaomi、Hirano Takashi、Maki Shojiro A.、Kim Sung-Bae
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 24 Pages: 1420~1420

    • DOI

      10.3390/ijms24021420

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Bioluminescent imaging systems boosting near-infrared signals in mammalian cells2023

    • Author(s)
      Kim Sung-Bae、Furuta Tadaomi、Ohmuro-Matsuyama Yuki、Kitada Nobuo、Nishihara Ryo、Maki Shojiro A.
    • Journal Title

      Photochemical & Photobiological Sciences

      Volume: 22 Pages: 1267~1278

    • DOI

      10.1007/s43630-023-00367-8

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Bright Molecular Strain Probe Templates for Reporting Protein?Protein Interactions2023

    • Author(s)
      Kim Sung-Bae、Furuta Tadaomi、Kamiya Genta、Kitada Nobuo、Paulmurugan Ramasamy、Maki Shojiro A.
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 23 Pages: 3498~3498

    • DOI

      10.3390/s23073498

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Development of Phosphinate Ligand-Based Low-Affinity Ca2+ Fluorescent Probes and Application to Intracellular Ca2+ Imaging2023

    • Author(s)
      Kumada Rei、Sakama Akihiro、Shindo Yutaka、Kuronuma Yuzuka、Iwasawa Naoko、Citterio Daniel、Oka Kotaro、Hiruta Yuki
    • Journal Title

      Analytical Chemistry

      Volume: 95 Pages: 16683~16691

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.3c03266

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Molecular Tension Probe for In Vitro Bioassays2022

    • Author(s)
      Kim Sung-Bae、Fujii Rika、Miller Simon、Tanabe Mikio
    • Journal Title

      Bioluminescence. Methods in Molecular Biology

      Volume: 2524 Pages: 91~103

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-2453-1_7

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] One-Channel Microsliding Luminometer for Quantifying Low-Energy Bioluminescent Lights2022

    • Author(s)
      Kim Sung-Bae、Paulmurugan Ramasamy
    • Journal Title

      Bioluminescence. Methods in Molecular Biology

      Volume: 2525 Pages: 365~375

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-2473-9_28

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Visible Light Bioluminescence Imaging Platform for Animal Cell Imaging2022

    • Author(s)
      Kitada Nobuo、Maki Shojiro、Kim Sung-Bae
    • Journal Title

      Bioluminescence. Methods in Molecular Biology

      Volume: 2524 Pages: 37~51

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-2453-1_3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Compact Eight-Channel Light-Sensing System for Bioassays2022

    • Author(s)
      Kim Sung-Bae、Hori Sharon Seiko、Sadeghipour Negar、Sukumar Uday Kumar、Paulmurugan Ramasamy
    • Journal Title

      Bioluminescence. Methods in Molecular Biology

      Volume: 2525 Pages: 377~386

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-2473-9_29

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Quantitative Imaging of Retinoic Acid Activities in Living Mammalian Cells2022

    • Author(s)
      Kim Sung-Bae、Fujii Rika、Paulmurugan Ramasamy
    • Journal Title

      Bioluminescence. Methods in Molecular Biology

      Volume: 2525 Pages: 111~122

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-2473-9_8

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Near-Infrared Imaging of Steroid Hormone Activities Using Bright BRET Templates2022

    • Author(s)
      Kim Sung-Bae、Nishihara Ryo、Paulmurugan Ramasamy
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 24 Pages: 677~677

    • DOI

      10.3390/ijms24010677

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] C-Series Coelenterazine-Driven Bioluminescence Signature Imaging2022

    • Author(s)
      Kamiya Genta、Kitada Nobuo、Furuta Tadaomi、Hirano Takashi、Maki Shojiro、Kim Sung Bae
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 23 Pages: 13047~13047

    • DOI

      10.3390/ijms232113047

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Multiplex quadruple bioluminescent assay system2022

    • Author(s)
      Kamiya Genta、Kitada Nobuo、Maki Shojiro、Kim Sung Bae
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41598-022-20468-1

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Bioluminescence imaging using D-luciferin and its analogs for visualizing Bdnf expression in living mice; different patterns of bioluminescence signals using distinct luciferase substrates2022

    • Author(s)
      Fukuchi Mamoru、Mitazaki Satoru、Saito-Moriya Ryohei、Kitada Nobuo、Maki Shojiro A、Izumi Hironori、Hisashi Mori
    • Journal Title

      The Journal of Biochemistry

      Volume: 172 Pages: 321~327

    • DOI

      10.1093/jb/mvac070

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] C-Series Coelenterazine-Driven Bioluminescence Signature Imaging2023

    • Author(s)
      金 誠培、神谷 弦汰、北田 昇雄、古田 忠臣、平野 誉、牧 昌次郎
    • Organizer
      第83回分析化学討論会
  • [Presentation] Near-Infrared Imaging of Steroid Hormone Activities Using Bright BRET Templates2023

    • Author(s)
      金 誠培、西原 諒、Ramasamy Paulmurugan
    • Organizer
      第83回分析化学討論会
  • [Presentation] Bioluminescent Imaging Systems Boosting Near-Infrared Signals in Mammalian cells2023

    • Author(s)
      金 誠培、古田 忠臣、大室 有紀、北田 昇雄、西原 諒、牧 昌次郎
    • Organizer
      第83回分析化学討論会
  • [Presentation] Coelenterazine indicators for the specific imaging of human and bovine serum albumins2023

    • Author(s)
      金 誠培、神谷 弦汰、古田 忠臣、北田 昇雄、牧 昌次郎
    • Organizer
      日本分析化学会第72回年会
  • [Presentation] Creation of Artificial Luciferase 60s from Sequential Insights and Their Applications to Bioassays2023

    • Author(s)
      金 誠培、古田 忠臣、北田 昇雄、牧 昌次郎
    • Organizer
      日本分析化学会第72回年会
  • [Presentation] S-Series Coelenterazine-Driven Combinatorial Bioluminescence Imaging Systems for Mammalian Cells2023

    • Author(s)
      金 誠培、神谷 弦汰、北田 昇雄、古田 忠臣、平野 誉、牧 昌次郎
    • Organizer
      日本分析化学会第72回年会
  • [Presentation] 化学物質のホルモン様活性の発光イメージングと生体応用2023

    • Author(s)
      金 誠培
    • Organizer
      2023年度 産総研 エネルギー・環境シンポジウム 環境創生研究部門講演会
  • [Presentation] セレンテラジン類縁体を用いた人工発光酵素ALucおよび最小発光酵素picALucの近赤外発光 Near-infrared luminescence of artificial luciferase ALuc and minimal luciferase picALuc with coelenterazine analogues2023

    • Author(s)
      古田 忠臣、金 誠培、大室 有紀、北田 昇雄、西原 諒、牧 昌次郎
    • Organizer
      第23回日本蛋白質科学会年会
  • [Presentation] 海洋生物発光基質セレンテラジンの高輝度多色化に関する研究2023

    • Author(s)
      神谷 弦汰、北田 昇雄、金 誠培、牧 昌次郎
    • Organizer
      日本生物発光化学発光研究会
  • [Presentation] C-Series Coelenterazine-Driven Bioluminescence Signature Imaging2023

    • Author(s)
      Genta Kamiya, Nobuo Kitada, Tadaomi Furuta, Takashi Hirano, Shojiro Maki, Sung Bae Kim
    • Organizer
      第46回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] S-Series Coelenterazine-Driven Combinatorial Biolumine-scence Imaging Systems2023

    • Author(s)
      Genta Kamiya, Nobuo Kitada, Tadaomi Furuta, Takashi Hirano, Shojiro Maki, Sung Bae Kim
    • Organizer
      第46回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] 細胞内遊離マグネシウムイオン動態の選択的可視化を可能にする新規蛍光プローブの開発2023

    • Author(s)
      坂間 亮浩、熊田 怜、新藤 豊、岩澤 尚子、チッテリオ ダニエル、岡 浩太郎、蛭田勇樹
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] ホスフィン酸リガンドを有するレシオメトリック型Mg2+蛍光プローブの開発と細胞イメージングへの応用2023

    • Author(s)
      黒沼 柚花、熊田 怜、坂間 亮浩、新藤 豊、岡 浩太郎、チッテリオ ダニエル、蛭田 勇樹
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] 線虫初期胚において胚性致死遺伝子が示す時空間的発現パターンの分類2022

    • Author(s)
      岡田初美、古島理恵、京田耕司、大浪修一
    • Organizer
      線虫研究の未来を創る会2022
  • [Presentation] Molecular strain-based BRET imaging systems2022

    • Author(s)
      金 誠培
    • Organizer
      in vivoイメージングフォラム 2022
  • [Presentation] Molecular strain-based BRET imaging systems2022

    • Author(s)
      金 誠培, Ramasamy Paulmurugan
    • Organizer
      日本分子生物学会年会
  • [Presentation] Highly bright NIR-BRET imaging systems for imaging molecular events in vivo2022

    • Author(s)
      金 誠培, 西原諒、Ramasamy Paulmurugan
    • Organizer
      日本分子生物学会年会
  • [Presentation] マルチプレックス四重生物発光アッセイシステム2022

    • Author(s)
      神谷 弦汰、北田 昇雄、金 誠培、牧 昌次郎
    • Organizer
      日本分子生物学会年会
  • [Presentation] 海洋生物発光を利用したマルチカラーイメージングシステムの開発2022

    • Author(s)
      神谷 弦汰、北田 昇雄、金 誠培、牧 昌次郎、木山 正啓
    • Organizer
      日本分子生物学会年会
  • [Presentation] Eight-Channel Luminometer System for Bioassays2022

    • Author(s)
      金 誠培, Ramasamy Paulmurugan、Sharon Seiko Hori
    • Organizer
      日本生物発光化学発光研究会・第37回学術講演会
  • [Presentation] 置換基改変型セレンテラジン類縁体合成による発光特性評価と応用法2022

    • Author(s)
      神谷 弦汰、平野 誉、金 誠培、牧 昌次郎
    • Organizer
      日本生物発光化学発光研究会・第37回学術講演会
  • [Presentation] π共役制御による安定型セレンテラジン類縁体の開発2022

    • Author(s)
      當眞 英明、金 誠培、平野 誉
    • Organizer
      生物発光化学発光研究会・第37回学術講演会
  • [Presentation] Multiplex quadruple bioluminescent assay system2022

    • Author(s)
      北田 昇雄、金 誠培、牧 昌次郎、神谷 弦汰
    • Organizer
      日本分析化学会第71回年会
  • [Presentation] 分子歪みを指標としたBRETイメージングシステム2022

    • Author(s)
      金 誠培, Ramasamy Paulmurugan
    • Organizer
      日本分子生物学会年会
  • [Presentation] 生体内分子イベントのイメージングのための高輝度近赤外BRETイメージングシステムの開発2022

    • Author(s)
      金 誠培, 西原諒、Ramasamy Paulmurugan
    • Organizer
      日本分子生物学会年会
  • [Presentation] 近赤外発光を持つルシフェリンアナログ2022

    • Author(s)
      畠山 純平,神谷 弦汰,北田 昇雄,森屋 亮平,平野 誉,牧 昌次郎
    • Organizer
      第43回光化学若手の会
  • [Presentation] 世界最長波長ルシフェリンアナログの開発2022

    • Author(s)
      畠山 純平,神谷 弦汰,北田 昇雄,森屋 亮平,平野 誉,牧 昌次郎
    • Organizer
      第46回有機電子移動化学討論会
  • [Presentation] Bioluminescence by luciferin analogues in mice, pill bugs, and blow flies2022

    • Author(s)
      Yukimasa Ikari, Yuna Hayashi, Mifuru Fukuda, Nobuo Kitada, Ryohei Saito, Shojiro Maki
    • Organizer
      第44回 日本比較生理生化学会
  • [Presentation] 近赤外発光を有する新規ルシフェリンアナログの開発2022

    • Author(s)
      畠山 純平,神谷 弦汰,北田 昇雄,森屋 亮平,平野 誉,牧 昌次郎
    • Organizer
      生物発光化学発光研究会第37回学術講演会
  • [Presentation] π共役制御による安定型セレンテラジン類縁体の開発2022

    • Author(s)
      當眞 英明,神谷 弦太,北田 昇雄,牧 昌次郎,金 誠培,平野 誉
    • Organizer
      生物発光化学発光研究会第37回学術講演会
  • [Presentation] マルチカラー発光を示す海洋生物由来発光システムの開発2022

    • Author(s)
      北田 昇雄,玉城 翔太,木山 正啓,金 誠培,平野 誉,牧 昌次郎
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
  • [Book] Bioluminescence, 4th Edition Volume 22022

    • Author(s)
      Sung-Bae Kim
    • Total Pages
      427
    • Publisher
      Humana, New York
    • ISBN
      978-1-0716-2472-2
  • [Book] Bioluminescence, 4th Edition Volume 12022

    • Author(s)
      Sung-Bae Kim
    • Total Pages
      474
    • Publisher
      Humana, New York
    • ISBN
      978-1-0716-2452-4
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 新規セレンテラジン誘導体の特性の新発見2023

    • Inventor(s)
      牧 昌次郎 , 北田 昇雄 , 金 誠培
    • Industrial Property Rights Holder
      産業技術総合研究所と電気通信大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2023-025582
  • [Patent(Industrial Property Rights)] アルブミンの検出剤2023

    • Inventor(s)
      牧 昌次郎 , 北田 昇雄 , 金 誠培
    • Industrial Property Rights Holder
      産業技術総合研究所と電気通信大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2023-102863
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 新規セレンテラジン誘導体の特性の新発見2023

    • Inventor(s)
      牧 昌次郎 , 北田 昇雄 , 金 誠培
    • Industrial Property Rights Holder
      産業技術総合研究所と電気通信大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2023/006307
    • Overseas

URL: 

Published: 2024-12-25  

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