時空間解析法による化学コミュニケーション理解と生物活性リガンドの高次機能評価

• 研究領域: 化学コミュニケーションのフロンティア
• 研究課題/領域番号: 17H06409
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 菊地 和也 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70292951)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 90,350千円 (直接経費: 69,500千円、間接経費: 20,850千円); 2021年度: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2020年度: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2019年度: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2018年度: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2017年度: 16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)
• キーワード: 化学プローブ / in vivoイメージング / 破骨細胞 / DNAメチル化 / 蛋白質分解 / 蛍光イメージング / 蛋白質ラベル化 / 内在性膜蛋白質 / イメージング / 時空間解析 / 内在性膜タンパク質 / 生理活性リガンド / 生細胞イメージング

研究成果の概要

本研究では、化学プローブを用いたイメージングによる時空間解析技術の開発と、生物活性リガンドの機能評価に取り組んだ。成果の一つとして、骨組織に送達可能なpH応答性の蛍光プローブを開発し、破骨細胞、骨細胞の活性を生きたマウスで検出することや、これらの細胞に作用する薬剤の活性評価に応用した。また、小分子-蛋白質ハイブリッドプローブを開発し、DNAメチル化や蛋白質分解などの重要なプロセスを生細胞内で可視化できる系を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発した化学プローブを利用したこれらの技術は生理活性リガンドが生きた細胞、個体においていつ、どこで対象分子や細胞に作用するのかを直接イメージング解析できる新たな評価法として期待できる。破骨細胞、骨細胞の活性法は骨粗鬆症や関節リウマチの発症に、またDNAメチル化や蛋白質分解はがんの病態と関連しているため、本評価法によってこれらの疾患の治療薬のスクリーニングや作用機序解析に貢献できることが考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] カテプシン K 活性の検出を目指した Off-On スイッチング 19F MRI ナノプローブの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小西祐輝、杉原文徳、蓑島維文、菊地和也
  • 雑誌名: 日本分子イメージング学会機関誌（JSMI Report） 巻: 15 ページ: 29-33
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cardioluminescence in Transgenic Zebrafish Larvae: A Calcium Imaging Tool to Study Drug Effects and Pathological Modeling (2021)
  • 著者名/発表者名: Vicente Manuel、Salgado-Almario Jussep、Collins Michelle M.、Martinez-Sielva Antonio、Minoshima Masafumi、Kikuchi Kazuya、Domingo Beatriz、Llopis Juan
  • 雑誌名: Biomedicines 巻: 9 号: 10 ページ: 1294-1294
  • DOI: 10.3390/biomedicines9101294
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anti-Siglec-15 antibody suppresses bone resorption by inhibiting osteoclast multinucleation without attenuating bone formation (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsukazaki Hiroyuki、Kikuta Junichi、Ao Tomoka、Morimoto Akito、Fukuda Chie、Tsuda Eisuke、Minoshima Masafumi、Kikuchi Kazuya、Kaito Takashi、Ishii Masaru
  • 雑誌名: Bone 巻: 152 ページ: 116095-116095
  • DOI: 10.1016/j.bone.2021.116095
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of Off-On Switching 19F MRI Probes for Cathepsin K Activity Detection (2021)
  • 著者名/発表者名: Konishi Yuki、Okunishi Atsuya、Sugihara Fuminori、Nakamura Tatsuya、Akazawa Kazuki、Minoshima Masafumi、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 94 号: 6 ページ: 1690-1694
  • DOI: 10.1246/bcsj.20210099
  • NAID: 130008066557
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-infrared fluorescent probes: a next-generation tool for protein-labeling applications (2021)
  • 著者名/発表者名: Reja Shahi Imam、Minoshima Masafumi、Hori Yuichiro、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 12 号: 10 ページ: 3437-3447
  • DOI: 10.1039/d0sc04792a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optical Manipulation of Subcellular Protein Translocation Using a Photoactivatable Covalent Labeling System (2021)
  • 著者名/発表者名: Kowada Toshiyuki、Arai Keisuke、Yoshimura Akimasa、Matsui Toshitaka、Kikuchi Kazuya、Mizukami Shin
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 60 号: 20 ページ: 11378-11383
  • DOI: 10.1002/anie.202016684
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorogenic probes for detecting deacylase and demethylase activity towards post-translationally-modified lysine residues (2021)
  • 著者名/発表者名: Hori Yuichiro、Nishiura Miyako、Tao Tomomi、Baba Reisuke、Bull Steven D.、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 12 号: 7 ページ: 2498-2503
  • DOI: 10.1039/d0sc06551j
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A step towards gadolinium-free bioresponsive MRI contrast agent (2021)
  • 著者名/発表者名: Wyskocka-Gajda Marzena、Przypis Lukasz、Olesiejuk Monika、Krawczyk Tomasz、Kuznik Anna、Nawara Krzysztof、Minoshima Masafumi、Sugihara Fuminori、Kikuchi Kazuya、Kuznik Nikodem
  • 雑誌名: European Journal of Medicinal Chemistry 巻: 211 ページ: 113086-113086
  • DOI: 10.1016/j.ejmech.2020.113086
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Single-cell dynamics of pannexin-1-facilitated programmed ATP loss during apoptosis (2020)
  • 著者名/発表者名: Imamura Hiromi、Sakamoto Shuichiro、Yoshida Tomoki、Matsui Yusuke、Penuela Silvia、Laird Dale W、Mizukami Shin、Kikuchi Kazuya、Kakizuka Akira
  • 雑誌名: eLife 巻: 9
  • DOI: 10.7554/elife.61960
  • NAID: 120006893984
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An Acid‐Activatable Fluorescence Probe for Imaging Osteocytic Bone Resorption Activity in Deep Bone Cavities (2020)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Ryu、Minoshima Masafumi、Kikuta Junichi、Yari Shinya、Bull Steven D.、Ishii Masaru、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 59 号: 47 ページ: 20996-21000
  • DOI: 10.1002/anie.202006388
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Photodeactivatable Antagonist for Controlling CREB-Dependent Gene Expression (2020)
  • 著者名/発表者名: Imoto Takuma、Minoshima Masafumi、Yokoyama Tatsushi、Emery Ben P.、Bull Steven D.、Bito Haruhiko、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: ACS Central Science 巻: 6 号: 10 ページ: 1813-1818
  • DOI: 10.1021/acscentsci.0c00736
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Oxygen Functional Groups on MWCNT Surface as Critical Factor Boosting T2 Relaxation Rate of Water Protons: Towards Improved CNT-Based Contrast Agents (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomczyk Mateusz Michal、Boncel Slawomir、Herman Artur、Krawczyk Tomasz、Jakobik-Kolon Agata、Pawlyta Miroslawa、Krzywiecki Maciej、Chrobak Artur、Minoshima Masafumi、Sugihara Fuminori、Kikuchi Kazuya、Kuznik Nikodem
  • 雑誌名: International Journal of Nanomedicine 巻: 15 ページ: 7433-7450
  • DOI: 10.2147/ijn.s257230
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rapid no-wash labeling of PYP-tag proteins with reactive fluorogenic ligands affords stable fluorescent protein conjugates for long-term cell imaging studies (2020)
  • 著者名/発表者名: Kumar N, Hori, Y. Nishiura M, Kikuchi K
  • 雑誌名: Chem Sci 巻: 11 号: 14 ページ: 3694-3701
  • DOI: 10.1039/d0sc00499e
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of photoswitchable fluorescent molecules using arylazopyrazole (2020)
  • 著者名/発表者名: Torii K, Hori Y, Watabe K, Kikuchi K
  • 雑誌名: Bull Chem Soc Jpn. 巻: - 号: 7 ページ: 821-824
  • DOI: 10.1246/bcsj.20200077
  • NAID: 130007879560
  • 査読あり
• [雑誌論文] Live-Cell Imaging of Protein Degradation Utilizing Designed Protein-Tag Mutant and Fluorescent Probe with Turn-Off Switch (2020)
  • 著者名/発表者名: Gao J, Hori Y, Takeuchi O, Kikuchi K
  • 雑誌名: Bioconjug Chem 巻: 31 号: 3 ページ: 577-583
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.9b00696
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sensing Peroxynitrite in Different Organelles of Murine RAW264.7 Macrophages With Coumarin-Based Fluorescent Probes (2020)
  • 著者名/発表者名: Weber Maria、Yamada Namiko、Tian Xue、Bull Steven D.、Minoshima Masafumi、Kikuchi Kazuya、Mackenzie Amanda B.、James Tony D.
  • 雑誌名: Frontiers in Chemistry 巻: 8 ページ: 39-39
  • DOI: 10.3389/fchem.2020.00039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Engineered Protein-tag for Rapid Live-cell Fluorogenic Visualization of Proteins by Anionic Probes (2020)
  • 著者名/発表者名: Gao J, Hori Y, Nishiura M, Bordy M, Hasserodt J, Kikuchi K
  • 雑誌名: Chem Lett 巻: 49 号: 3 ページ: 232-235
  • DOI: 10.1246/cl.190875
  • NAID: 130007805930
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of Fluorogenic Probes for Rapid High-Contrast Imaging of Transient Nuclear Localization of Sirtuin 3 (2020)
  • 著者名/発表者名: Gao J, Hori Y, Shimomura T, Bordy M, Hasserodt J, Kikuchi K
  • 雑誌名: Chembiochem 巻: 21 号: 5 ページ: 656-662
  • DOI: 10.1002/cbic.201900568
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photolytic Release of a Caged Inhibitor of an Endogenous Transcription Factor Enables Optochemical Control of CREB-Mediated Gene Expression (2019)
  • 著者名/発表者名: Imoto Takuma、Kawase Akihiro、Minoshima Masafumi、Yokoyama Tatsushi、Bito Haruhiko、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 22 号: 1 ページ: 22-25
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.9b03568
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement in Photostability of Fluorescein by Lanthanide Ions Based on Energy Transfer-based Triplet State Quenching (2019)
  • 著者名/発表者名: Imoto Takuma、Muramatsu Masayasu、Miyasaka Hiroshi、Mizukami Shin、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 48 号: 10 ページ: 1181-1184
  • DOI: 10.1246/cl.190469
  • NAID: 130007724070
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Vivo Multicolor Imaging with Fluorescent Probes Revealed the Dynamics and Function of Osteoclast Proton Pumps (2019)
  • 著者名/発表者名: Minoshima Masafumi、Kikuta Junichi、Omori Yuta、Seno Shigeto、Suehara Riko、Maeda Hiroki、Matsuda Hideo、Ishii Masaru、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: ACS Central Science 巻: 5 号: 6 ページ: 1059-1066
  • DOI: 10.1021/acscentsci.9b00220
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemical Tools with Fluorescence Switches for Verifying Epigenetic Modifications (2019)
  • 著者名/発表者名: Hori Y, Kikuchi K
  • 雑誌名: Acc Chem Res 巻: 52 号: 10 ページ: 2849-2857
  • DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00349
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly Sensitive Detection of Caspase-3/7 Activity in Living Mice Using Enzyme-Responsive 19F MRI Nanoprobes (2018)
  • 著者名/発表者名: Akazawa Kazuki、Sugihara Fuminori、Nakamura Tatsuya、Mizukami Shin、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Bioconjugate Chemistry 巻: 29 号: 5 ページ: 1720-1728
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.8b00167
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sensing caspase-1 activity using activatable 19F MRI nanoprobes with improved turn-on kinetics (2018)
  • 著者名/発表者名: Akazawa Kazuki、Sugihara Fuminori、Minoshima Masafumi、Mizukami Shin、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 54 号: 83 ページ: 11785-11788
  • DOI: 10.1039/c8cc05381b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Perfluorocarbon-based 19F MRI Nanoprobes for In Vivo Multicolor Imaging (2018)
  • 著者名/発表者名: Akazawa Kazuki、Sugihara Fuminori、Nakamura Tatsuya、Matsushita Hisashi, Mukai Hiroaki, Akimoto Rena, Minoshima Masafumi, Mizukami Shin、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Angewante Chemie International Edition 巻: 57 ページ: 16742-16747
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vivo visualisation of different modes of action of biologic DMARDs inhibiting osteoclastic bone resorption (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsuura Y, Kikuta J, Kishi Y, Hasegawa T, Okuzaki D, Hirano T, Minoshima M, Kikuchi K, Kumanogoh A, Ishii M
  • 雑誌名: Annals of the Rheumatic Diseases 巻: 印刷中 号: 8 ページ: 1219-1225
  • DOI: 10.1136/annrheumdis-2017-212880
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic Analyses of the Short-Term Effects of Different Bisphosphonates Using Intravital Two-Photon Microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Kikuta Junichi、Shirazaki Mai、Sudo Takao、Mizuno Hiroki、Morimoto Akito、Suehara Riko、Minoshima Masafumi、Kikuchi Kazuya、Ishii Masaru
  • 雑誌名: JBMR Plus 巻: 2 号: 6 ページ: 362-366
  • DOI: 10.1002/jbm4.10057
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Nano-particle based 19F MRI contrast agent with tunable chemical switches (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Kikuchi
  • 学会等名: Pacifichem 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] in vivo Imaging Probes to Clarify Cellular and Molecular Functions (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Kikuchi
  • 学会等名: RSC Tokyo International Conferences 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New Biological Findings which were Revealed by Designed Fluorescent Probes (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Kikuchi
  • 学会等名: Chemical Biology & Physiology Conference 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] In vivo Multicolor Imaging with Fluorescent Probes Revealed Dynamics and Function of Osteoclast Proton Pumps (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Kikuchi
  • 学会等名: 16th International, Methods & Applications of Fluorescence (Roger Y Tsien Memorial Symposium)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] in vivo Chemical Probes for MRI and Fluorescence Imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Kikuchi
  • 学会等名: ICBIC-19, International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Multifunctional 19F MRI Contrast Agents Based on Fluorine-encapsulated Silica Nanoparticle (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Kikuchi
  • 学会等名: The Future of Molecular MR: A Cellular and Molecular Imaging Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 化学プローブによって明らかになった生命現象 (2019)
  • 著者名/発表者名: 菊地和也
  • 学会等名: 日本分析化学会第６８年会
  • 招待講演
• [学会発表] イメージングプローブのデザイン・合成によるケミカルバイオロジー研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 菊地和也
  • 学会等名: 第１９回日本蛋白質科学会年会 第７１回日本細胞生物学会大会 合同年次学会
  • 招待講演
• [学会発表] New Biological Findings Which Were Revealed by Designed Chemical Probes (2018)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Kazuya
  • 学会等名: A3 Meeting for Chemical Biology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] In vivo Chemical Probes for MRI and Fluorescence Imaging (2018)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Kazuya
  • 学会等名: The 9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference (AsBIC IX)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Multifunctional 19F MRI Contrast Agents Based on Fluorine-encapsulated Silica Nanoparticle (2018)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Kazuya
  • 学会等名: Imaging in 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New Biological Findings Which Were Clarified by Designed Chemical Probes (2018)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Kazuya
  • 学会等名: MSMLG 2018, 6th International Conference on Molecular Sensors and Molecular Logic Gates
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 先端の分析法 第2版（原理編第3章プローブ, MRIプローブ） (2022)
  • 著者名/発表者名: 蓑島維文、菊地和也
  • 総ページ数: 1072
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860437374
• [図書] 核酸科学ハンドブック（第5章2 MRIプローブ） (2020)
  • 著者名/発表者名: 蓑島維文、菊地和也
  • 総ページ数: 576
  • 出版者: 講談社
  • ISBN: 9784065207864
• [産業財産権] ケージド化合物から化合物を放出させる方法 (2021)
  • 発明者名: 蓑島維文、橋本 龍、菊地和也
  • 権利者名: 蓑島維文、橋本 龍、菊地和也
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2021-022014
  • 出願年月日: 2021