2023 Fiscal Year Annual Research Report
様々な代謝経路活性の一細胞検出を可能とする新規蛍光イメージング戦略の開発
| Project/Area Number |
21K05312
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
内之宮 祥平 九州大学, 薬学研究院, 助教 (10770498)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ケミカルバイオロジー / 蛍光プローブ / 代謝経路 / 生体直交性反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
様々な代謝経路の活性は疾病細胞と通常細胞で異なるため、標的代謝経路の活性を測定する手法の開発は疾病メカニズムの解明や創薬に重要である。しかし、標的代謝経路の活性を一細胞レベルで検出可能なケミカルツールの開発は未開拓の状態である。この原因の一つに、代謝経路の基質選択性は高いため標的経路の基質となるケミカルプローブを探索することが困難であることが挙げられる。そこで本研究では、基質選択性の問題をクリアし様々な代謝経路に適応しうる汎用性の高い蛍光イメージング戦略を提案する。具体的には、蛍光色素を基質に直接導入する設計を避け、フルオロ基部位を導入した基質とシリル保護基を有する蛍光色素を用いる。基質が代謝されることでフッ化物イオンを放出し、続くシリル保護基の脱保護によって蛍光Off/Onイメージングを行う戦略である。
細胞内でフッ化物イオンによってTBSやTBDPSなどのシリル保護基を脱保護するためには高濃度(~ 1 mM)のフッ化物イオンが必要であり、本戦略が代謝反応によって生じたフッ化物イオンを検出するためには脱保護反応速度を向上させる必要がある。そこで、フッ化物イオンによるシリル保護基の脱保護反応速度の向上を行った。その結果、シリル保護基にアルコキシ基を導入することで、TBSやTBDPS基などと比較して、フッ化物イオン応答性を500倍以上向上させることに成功した。続いて、生細胞内での代謝経路の検出を行うため、脂肪酸を分解する経路であるβ酸化に着目した。プローブとしてはシリル保護基を導入したクマリンを合成した。プローブ存在下、フルオロ基を導入した脂肪酸を生細胞に添加したところ、クマリン蛍光の上昇が確認された。一方この蛍光上昇はβ酸化阻害剤を添加した条件では検出されなかったことから、本システムによって細胞内でβ酸化経路を検出可能であることが分かった。
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[Journal Article] Spatiotemporally quantitative in vivo imaging of mitochondrial fatty acid β-oxidation at cellular-level resolution in mice2023
Author(s)
Ayumi Matsumoto, Isao Matsui, Shohei Uchinomiya, Yusuke Katsuma, Seiichi Yasuda, Hiroki Okushima, Atsuhiro Imai, Takeshi Yamamoto, Akio Ojida, Kazunori Inoue, Yoshitaka Isaka
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Journal Title
Am J Physiol Endocrinol Metab
Volume: 325
Pages: E552-E561
DOI
Peer Reviewed
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