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 Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 37030:Chemical biology-related
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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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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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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 / β酸化 / フッ化物イオン / シリルエーテル保護基 / 夾雑系での蛍光検出 / 生体直交的脱保護反応 / 脂肪酸ベータ酸化 / 尿素回路 |
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| Outline of Research at the Start |
疾病における代謝変化の解明は、疾病機構の理解や創薬に重要である。最近では特に細胞ごとの代謝不均一性を解明することが重要であると指摘されているが、これまで標的代謝経路を一細胞レベルでイメージング可能な蛍光プローブはほとんど報告されていない。これは、代謝経路の基質選択性が高いため、蛍光色素を直接導入している一般的な蛍光プローブでは標的代謝経路の基質になりにくいためである。そこで、本研究では基質選択性の問題をクリアする新しい蛍光イメージング戦略を提案する。これを用いて、エネルギー生産経路の一つである脂肪酸β酸化と様々な生体分子合成の起点となる尿素回路を一細胞レベルで検出する。
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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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Report
(3 results)
Research Products
(43 results)
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[Journal Article] Fluorescence-Based Detection of Fatty Acid β-Oxidation in Cells and Tissues Using Quinone Methide-Releasing Probes2023
Author(s)
Shohei Uchinomiya, Tomoki Nagaura, Mark Weber, Yuya Matsuo, Naoki Zenmyo, Yuya Yoshida, Akito Tsuruta, Satoru Koyanagi, Shigehiro Ohdo, Naoya Matsunaga, Akio Ojida
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Journal Title
Journal of the American Chemical Sciety
Volume: 145
Issue: 14
Pages: 8248-8260
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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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
Issue: 5
Pages: E552-E561
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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