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水中でヘム高選択的な認識能を発揮する蛍光性人工レセプターの創製と応用

Research Project

Project/Area Number 21K06480
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 47010:Pharmaceutical chemistry and drug development sciences-related
Research InstitutionNagoya City University

Principal Investigator

久松 洋介  名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 講師 (80587270)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsヘム / 4-アミノキノリン / 蛍光プローブ / ホストゲスト化学 / 分子認識 / 人工レセプター / 蛍光 / 自己集合 / 超分子化学
Outline of Research at the Start

本研究では、生体内で重要な役割を担うヘムを水中で高選択的に認識する実用的な人工ヘムレセプターの開発に取り組む。まず、ヘム認識能を有する4-アミノキノリン部位とヘム鉄に対する配位結合部位を適切な位置に導入することでヘム高選択的な認識能を発揮する新規人工レセプターを設計・合成する。次に、人工レセプターに蛍光応答性と細胞膜透過性を付与することで細胞内ヘムの可視化を実現し、ヘムが関与する生命現象や疾患の分子レベルでの解明に貢献するツールへと発展させる。

Outline of Annual Research Achievements

水中でヘムと高選択的に複合体形成し蛍光応答する人工レセプターの開発は、ヘムが関連する生命現象解明の有用なツールとして期待されている。これまでにヘム結合能を有する4-アミノキノリン部位からなるピンセット型人工レセプターを開発したが、水中でのヘム選択性を改善する必要があった。昨年度までに、ヘム鉄に対する配位結合部位としてイミダゾール基を適切な位置に導入することで人工ヘムレセプターのヘム選択性改善を示唆する結果を得た。
本年度は、配位結合部位を有する4-アミノキノリン型人工レセプターがヘムとの複合体形成時に自己集合する性質を制御するために、人工レセプターの水溶性向上に取り組んだ。具体的には、配位結合部位と4-アミノキノリン部位をつなぐリンカー部位に分岐型オリゴエチレングリコールを導入することで、人工レセプターの水溶性が大きく改善されることを期待した。まず、分岐型オリゴエチレングリコールを合成し問題なくリンカー部位に導入できた。次に、分岐型オリゴエチレングリコールを連結したリンカー部位の両端に4-アミノキノリン部位と配位結合部位を導入したが、その精製が難しいという課題が明らかになった。現在、精製方法および合成ルートの改善に取り組んでいる。
一方で、水中で望みの機能を発揮する人工ヘムレセプターの合理的分子設計基盤を構築するためには、様々な4-アミノキノリン誘導体(人工レセプター候補化合物)およびそれらとヘムの複合体が水中で示す集合挙動の理解と制御が重要である。検討の過程で、両親媒性の4-アミノキノリン誘導体が中性の緩衝液中で温度応答性自己集合挙動を示し、加熱温度の違いによってユニークな形態の多孔性ベシクルとナノファイバーを作り分けられることを見いだした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度は、人工ヘムレセプターの水溶性向上を目的として、分岐型オリゴエチレングリコールを導入した新規人工ヘムレセプターの合成に着手したが、合成の最終段階での精製が難しく当初の予定より時間がかかっている。

Strategy for Future Research Activity

本年度得られた知見を踏まえて、水溶性を改善した人工ヘムレセプターを効率的に得るための合成ルートの確立を進める。そして、合成した人工レセプターのヘムに対する結合親和性の評価およびヘム選択性評価を実施する。また、4-アミノキノリン部位を有する人工ヘムレセプター候補化合物の水中での自己集合挙動に関する知見を人工レセプターの分子設計につなげる。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Temperature Control of the Self‐Assembly Process of 4‐Aminoquinoline Amphiphile: Selective Construction of Perforated Vesicles and Nanofibers, and Structural Restoration Capability2024

    • Author(s)
      Hisamatsu Yosuke、Toriyama Go、Yamamoto Katsuhiro、Takase Hiroshi、Higuchi Tsunehiko、Umezawa Naoki
    • Journal Title

      Chemistry A European Journal

      Volume: - Issue: 36

    • DOI

      10.1002/chem.202400134

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Control of the stepwise self-assembly process of a pH-responsive amphiphilic 4-aminoquinoline-tetraphenylethene conjugate2023

    • Author(s)
      Hisamatsu Yosuke、Cheng Fangzhou、Yamamoto Katsuhiro、Takase Hiroshi、Umezawa Naoki、Higuchi Tsunehiko
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 15 Issue: 7 Pages: 3177-3187

    • DOI

      10.1039/d2nr05756e

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synthesis and Functionalization of Cyclometalated Iridium(III) Complexes by Post-Complexation Functionalization for Biomedical and Material Sciences-Development of Intelligent Molecules Using Metal Complex Building Blocks-2021

    • Author(s)
      Aoki Shin、Yokoi Kenta、Balachandran Chandrasekar、Hisamatsu Yosuke
    • Journal Title

      Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan

      Volume: 79 Issue: 12 Pages: 1113-1124

    • DOI

      10.5059/yukigoseikyokaishi.79.1113

    • NAID

      130008127548

    • ISSN
      0037-9980, 1883-6526
    • Year and Date
      2021-12-01
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] New Strategy for Synthesis of Bis-Pocket Metalloporphyrins Enabling Regioselective Catalytic Oxidation of Alkanes2021

    • Author(s)
      Amano Taisei、Inagaki Hideki、Shirakawa Yoshinori、Yano Yuuki、Hisamatsu Yosuke、Umezawa Naoki、Kato Nobuki、Higuchi Tsunehiko
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 94 Issue: 10 Pages: 2563-2568

    • DOI

      10.1246/bcsj.20210236

    • NAID

      130008117254

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of Metallosupramolecular Phosphatases Based on Combinatorial Self-Assembly of Metal Complexes and Organic Building Blocks for Catalytic Hydrolysis of Phosphate Monoesters2021

    • Author(s)
      S. Aoki, A. B. Rahman, Y. Hisamatsu, Y. Miyazawa, M. Zulkefeli, Y. Saga, T. Tanaka
    • Journal Title

      Results in Chemistry (a joint special issue with Inorganica Chimica Acta)

      Volume: 3 Pages: 100133-100133

    • DOI

      10.1016/j.rechem.2021.100133

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 両親媒性4-アミノキノリン誘導体の温度応答性自己集合挙動の評価:多孔性ベシクルとナノファイバーの選択的構築2024

    • Author(s)
      久松 洋介、鳥山 剛、山本 勝宏、梅澤 直樹
    • Organizer
      日本薬学会第144年会
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  • [Presentation] 4-アミノキノリン部位を有する双頭型両親媒性分子の自己集合により構築されるナノ構造体の構造制御2024

    • Author(s)
      鳥山 剛、久松 洋介、梅澤 直樹
    • Organizer
      日本薬学会第144年会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Control of Self-Assembly Process of 4-Aminoquinoline-Based Amphiphile in Water2024

    • Author(s)
      Yosuke Hisamatsu
    • Organizer
      10th International Postgraduate Conference on Pharmaceutical Sciences
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      2023 Research-status Report
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  • [Presentation] 4-アミノキノリン部位を有する双頭型両親媒性分子の自己集合によるナノ構造体の構築2023

    • Author(s)
      鳥山 剛、久松 洋介、梅澤 直樹
    • Organizer
      第69回日本薬学会東海支部大会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 双頭型両親媒性4-アミノキノリン誘導体からなる分子集合体の構築2023

    • Author(s)
      鳥山 剛、久松 洋介、梅澤 直樹
    • Organizer
      生体機能関連化学部会若手の会 第34回サマースクール
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] pH 応答性両親媒性4-アミノキノリン誘導体の段階的な自己集合挙動2023

    • Author(s)
      久松 洋介、程 方舟、山本 勝宏、高瀬 弘嗣、梅澤 直樹、樋口 恒彦
    • Organizer
      日本薬学会第143年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] チオラート配位ヘム錯体類が触媒するプロスタグランジンH2類の高速変換反応2023

    • Author(s)
      都築 優斗、樋口 恒彦、矢野 雄紀、山根 健浩、久松 洋介、梅澤 直樹
    • Organizer
      日本薬学会第143年会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Control of the Self-Assembly Process of an Amphiphilic 4-Aminoquinoline-Tetraphenylethene Conjugate2022

    • Author(s)
      Yosuke Hisamatsu, Fangzhou Cheng, Katsuhiro Yamamoto, Hiroshi Takase, Naoki Umezawa, Tsunehiko Higuchi
    • Organizer
      ICPAC Kota Kinabalu 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 両親媒性4-アミノキノリン誘導体を用いた分子集合体の構築2022

    • Author(s)
      久松 洋介、程 方舟、山本 勝宏、高瀬 弘嗣、梅澤 直樹、樋口 恒彦
    • Organizer
      日本薬学会第142年会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Fluorescence response and self-assembly behavior of a tweezer-type synthetic receptor triggered by complexation with heme2021

    • Author(s)
      Yosuke Hisamatsu, Koki Otani, Hiroshi Takase, Naoki Umezawa, Tsunehiko Higuchi
    • Organizer
      Pacifichem 2021
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Synthetic heme thiolate, heme alcoholate, heme selenolate: their marked differences in spectroscopic properties and catalytic oxidative properties2021

    • Author(s)
      Tsunehiko Higuchi, Yuuki Yano, Yoshinori Shirakawa, Naoki Umezawa, Yosuke Hisamatsu, Yoshio Kobayashi
    • Organizer
      Pacifichem 2021
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 両親媒性4-アミノキノリン誘導体のpH および塩濃度依存的自己集合挙動の評価2021

    • Author(s)
      程方舟、久松洋介、山本勝宏、高瀬弘嗣、梅澤直樹、樋口恒彦
    • Organizer
      第15回バイオ関連化学シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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