発光性細胞株アレイを用いた高速PM2.5評価系の構築（国際共同研究強化）

• 研究課題/領域番号: 15KK0029
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: グリーン・環境化学
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2016 – 2019
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
• キーワード: 生物発光 / 可視化 / イメージング / バイオアッセイ / ルシフェラーゼ / 近赤外線 / 発光基質 / 発光酵素 / 発光プローブ / 生理活性物質 / BRET / 蛋白質ー蛋白質間相互作用 / 発光 / リガンド / 化学物質 / 生体影響 / 分子イメージング / セレンテラジン / 一分子型生物発光プローブ / 分子認識 / 環境分析 / 生体分子

研究成果の概要

本研究では、スタンフォード大学医学部MIPSと連携し、我々により独自に開発した多機能性発光基質とプローブを哺乳細胞や動物個体イメージングへと展開する、様々な研究を遂行した。まず基礎発光材料として、酵素選択的な発光基質や蛍光色素付き発光基質、TBET式発光基質、ALuc40番台の人工発光酵素を開発した。更にこの発光材料を基に、レチノイン酸活性可視化プローブ、BRET9式発光プローブ、近赤外線（NIR）生物発光イメージングシステムなどを開発し動物実験にも応用した。他に多チャンネル式光検出システムの高度化研究も遂行した。研究期間中、多数の研究業績が得られ、本研究を世界に広める貴重な機会であった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

人工・天然化合物は数年以内に1億種を超え、化学物質の影響がただ一つの国に留まらない時代である。本研究期間中、本研究者はアメリカに渡り、「化学物質の生理活性」を生物発光で評価する研究を行い多数の国際共著論文を出版できた。世界の化学物質の流通量も年々増えている中で、本共同研究で行った「化学物質に起因する病理現象の可視化イメージング」は、環境・医学分野の新たな融合の可能性を試すものであり、付随する人的ネットワークの構築は今後の相互研究協力関係の拡大に資するものであった。滞在したスタンフォード大学（シリコンバレー）での産学連携活動を現場で見るチャンスでもあった。

研究成果

• [国際共同研究] スタンフォード大学医学部(米国) (2017)
  • 年月日: 2017-03-20
• [雑誌論文] Highly Sensitive Eight-Channel Light Sensing System for Biomedical Applications (2020)
  • 著者名/発表者名: Sung Bae Kim, Sharon Seiko Hori, Negar Sadeghipour, Uday Kumar Sukumar, Rika Fujii, Tarik F. Massoud, and Ramasamy Paulmurugan
  • 雑誌名: Photochem Photobiol Sci 巻: 19 号: 4 ページ: 524-529
  • DOI: 10.1039/d0pp00017e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ligand-activated BRET9 imaging for measuring protein-protein interactions in living mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Sung Bae Kim, Rika Fujii, Arutselvan Natarajan, Tarik F. Massoud and
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 56 号: 2 ページ: 281-284
  • DOI: 10.1039/c9cc07634d
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] <i>In vitro</i> Determination of Rapamycin-triggered FKBP–FRB Interactions Using a Molecular Tension Probe (2019)
  • 著者名/発表者名: KIM Sung Bae、NISHIHARA Ryo、FUJII Rika、PAULMURUGAN Ramasamy、CITTERIO Daniel、SUZUKI Koji
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 35 号: 1 ページ: 71-78
  • DOI: 10.2116/analsci.18SDP08
  • NAID: 130007554863
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • 年月日: 2019-01-10
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Biothiol-Activatable Bioluminescent Coelenterazine Derivative for Molecular Imaging in Vitro and in Vivo (2019)
  • 著者名/発表者名: Nanako Nomura, Ryo Nishihara, Takahiro Nakajima, Takahiro Nakajima, Sung Bae Kim, Naoko Iwasawa, Yuki Hiruta, Shigeru Nishiyama, Moritoshi Sato, Daniel Citterio, Koji Suzuki
  • 雑誌名: Anal. Chem. 巻: 91(15) 号: 15 ページ: 9546-9553
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.9b00694
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near Infrared bioluminescence imaging with Through‐Bond Energy Transfer Cassette (2019)
  • 著者名/発表者名: Abe Masahiro、Nishihara Ryo、Ikeda Yuma、Nakajima Takahiro、Sato Moritoshi、Iwasawa Naoko、Nishiyama Shigeru、Paulmurugan Ramasamy、Citterio Daniel、Kim Sung Bae (CA)、Suzuki Koji (CA)
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 20 号: 15 ページ: 1919-1923
  • DOI: 10.1002/cbic.201900149
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular Imaging of Retinoic Acids in Live Cells Using Single-Chain Bioluminescence Probes (2019)
  • 著者名/発表者名: Kim, Sung Bae; Fujii, Rika; Nishihara, Ryo; Bose, Rajendran J. C.; Citterio, Daniel; Suzuki, Koji; Massoud, Tarik F.; Paulmurugan, Ramasamy
  • 雑誌名: ACS Combinatorial Science 巻: 21(6) 号: 6 ページ: 473-481
  • DOI: 10.1021/acscombsci.9b00035
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Highly bright and stable NIR-BRET with blue-shifted coelenterazine derivatives for deep-tissue imaging of molecular events in vivo (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryo Nishihara, Ramasamy Paulmurugan, Takahiro Nakajima, Eiji Yamamoto, Arutselvan Natarajan, Rayhaneh Afjei, Yuki Hiruta, Naoko Iwasawa, Shigeru Nishiyama, Daniel Citterio, Moritoshi Sato, Sung Bae Kim and Koji Suzuki
  • 雑誌名: Theranostics 巻: 9(9) 号: 9 ページ: 2646-2661
  • DOI: 10.7150/thno.32219
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Azide- and Dye-Conjugated Coelenterazine Analogues for a Multiplex Molecular Imaging Platform (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryo Nishihara, Emi Hoshino, Yoshiki Kakudate, Satoshi Kishigami, Naoko Iwasawa, Shin-ichi Sasaki, Takahiro Nakajima, Moritoshi Sato, Shigeru Nishiyama, Daniel Citterio, Koji Suzuki, Sung Bae Kim
  • 雑誌名: Bioconjugate Chemistry (ACS) 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 1922-1931
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.8b00188
  • 査読あり
• [雑誌論文] 化学物質による生理活性のイメージグ (2018)
  • 著者名/発表者名: 金 誠培、藤井 理香
  • 雑誌名: Pharm Tech Japan 巻: 34 ページ: 357-352
• [雑誌論文] Fabrication of a New Lineage of Artificial Luciferases from Natural Luciferase Pools (2017)
  • 著者名/発表者名: Sung Bae Kim, Ryo Nishihara, Daniel Citterio, and Koji Suzuki
  • 雑誌名: ACS Combinatorial Science 巻: 19 号: 9 ページ: 594-599
  • DOI: 10.1021/acscombsci.7b00081
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Luciferase-Specific Coelenterazine Analogues for Optical Contamination-Free Bioassays (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryo Nishihara, Masahiro Abe, Shigeru Nishiyama, Daniel Citterio, Koji Suzuki, Sung Bae Kim
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 印刷中 号: 1 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1038/s41598-017-00955-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 非分割型生物発光イメージングプローブの開発と応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: Sung Bae Kim, Rika Fujii
  • 雑誌名: 分析化学 巻: 65 号: 7 ページ: 361-369
  • DOI: 10.2116/bunsekikagaku.65.361
  • NAID: 130005253342
  • ISSN: 0525-1931
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication of Molecular Tension Probes (2016)
  • 著者名/発表者名: Sung Bae Kim, Rika Fujii
  • 雑誌名: MethodsX 巻: 3 ページ: 261-267
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A genetically encoded bioluminescent indicator for illuminating proinflammatory cytokines (2016)
  • 著者名/発表者名: Sung Bae Kim, Takeaki Ozawa, Yoshio Umezawa
  • 雑誌名: MethodsX 巻: 3 ページ: 483-489
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] How to Fabricate Functional Artificial Luciferases for Bioassays (2016)
  • 著者名/発表者名: Sung Bae Kim, Rika Fujii
  • 雑誌名: Method in Molecular Biology 巻: 1461 ページ: 43-53
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-3813-1_4
  • ISBN: 9781493938117, 9781493938131
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-chain probes for illuminating androgenicity of chemicals (2016)
  • 著者名/発表者名: Sung Bae Kim, Hiroaki Tao
  • 雑誌名: Method in Molecular Biology 巻: 1461 ページ: 143-151
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-3813-1_11
  • ISBN: 9781493938117, 9781493938131
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multicolor Imaging of Bifacial Activities of Estrogens (2016)
  • 著者名/発表者名: Sung Bae Kim, Yoshio Umezawa
  • 雑誌名: Method in Molecular Biology 巻: 1461 ページ: 153-163
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-3813-1_12
  • ISBN: 9781493938117, 9781493938131
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Circular Permutation Probes for Illuminating Phosphorylation of Estrogen Receptor (2016)
  • 著者名/発表者名: Sung Bae Kim, Hiroaki Tao
  • 雑誌名: Method in Molecular Biology 巻: 1461 ページ: 165-173
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-3813-1_13
  • ISBN: 9781493938117, 9781493938131
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Genetically Encoded Molecular Tension Probe for Tracing Protein―Protein Interactions in Mammalian Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Sung Bae Kim, Ryo Nishihara, Daniel Citterio, Koji Suzuki
  • 雑誌名: Bioconjugate Chemistry 巻: 27 (2) 号: 2 ページ: 354-362
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.5b00421
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Highly bright and stable NIR-BRET imaging systems for deep-tissue imaging of molecular events in vivo (2019)
  • 著者名/発表者名: 金 誠培・ 西原 諒 ・ 佐藤 守俊 ・ Citterio, Daniel ・ 鈴木 孝治 ・ Paulmurugan, Ramasamy
  • 学会等名: 日本分析化学会、第68回年会
• [学会発表] Azide- and Dye-Conjugated Coelenterazine Analogues for a Multiplex Molecular Imaging Platform (2019)
  • 著者名/発表者名: 金 誠培 ・ 西原 諒 ・ Citterio, Daniel ・ 鈴木 孝治
  • 学会等名: 日本分析化学会、第68回年会
• [学会発表] Near Infrared bioluminescence imaging with Through-Bond Energy Transfer Cassette (2019)
  • 著者名/発表者名: 金 誠培 ・ 阿部 将大 ・ 西原 諒 ・ Paulmurugan, Ramasamy ・ Citterio, Daniel ・ 鈴木 孝治
  • 学会等名: 日本分析化学会、第68回年会
• [学会発表] Molecular imaging of retinoic acids in live cells using single-chain bioluminescence probes (2019)
  • 著者名/発表者名: 金 誠培 ・ 西原 諒 ・ Citterio, Daniel ・ 鈴木 孝治 ・ Paulmurugan, Ramasamy
  • 学会等名: 日本分析化学会、第68回年会
• [学会発表] Ligand-Activated Reporter Protein Conformation for BRET Imaging of Protein-Protein Interactions in Living Mice (2019)
  • 著者名/発表者名: 金 誠培 ・ 藤井 理香 ・ Paulmurugan, Ramasamy
  • 学会等名: 日本分析化学会、第68回年会
• [学会発表] NIR-BRET imaging system for deep-tissue illumination of molecular events in vivo (2019)
  • 著者名/発表者名: 金 誠培・西原 諒・佐藤 守俊3・中島 隆浩・藤井 理香・Daniel Citterio・Ramasamy Paulmurugan・鈴木孝治
  • 学会等名: JABC 生物発光化学発光研究会 第35回学術講演会
• [学会発表] Genetically encoded bioluminescent probes for imaging retinoic acids in live cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Sung Bae Kim・Rika Fujii・Ryo Nishihara・Daniel Citterio・Koji Suzuki・Ramasamy Paulmurugan
  • 学会等名: JABC 生物発光化学発光研究会 第35回学術講演会
• [学会発表] Molecular Imaging of Immune Checkpoint Blockade in a Humanized Mouse Model of Triple Negative Breast Cancer Metastasis to Lungs using a New Deep Tissue Near-Infrared Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET) system (2018)
  • 著者名/発表者名: Ramasamy Paulmurugan、金 誠培
  • 学会等名: World Molecular Imaging Congress (WMIC) 2018
  • 国際学会
• [学会発表] ホルモン様化学物質の生理活性評価技術の開発と応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 金 誠培
  • 学会等名: InterAqua 2017
  • 発表場所: East Hall 1, Tokyo Big Sight, Tokyo Japan
• [学会発表] Fabrication of artificial luciferases and their applications to molecular imaging (2016)
  • 著者名/発表者名: Sung Bae Kim
  • 学会等名: Royal Society of Chemistry (RSC) Tokyo International Conference 2016
  • 発表場所: Makuhari Messe, Chiba (Japan)
  • 年月日: 2016-09-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Bioluminescence (2016)
  • 著者名/発表者名: Kim, Sung-Bae (Ed.)
  • 出版者: Springer-Humana Press
• [備考] 人工生物発光酵素（ALuc&reg;）に選択的に発光する基質を開発
  • URL: https://www.aist.go.jp/aist_j/new_research/2017/nr20171211/nr20171211.html
• [備考] 人工生物発光酵素（ALuc&reg;）に選択的に発光する基質を開発
  • URL: http://www.aist.go.jp/aist_j/new_research/2017/nr20171211/nr20171211.html
• [産業財産権] 生物発光酵素の長波長発光基質 (2020)
  • 発明者名: 金誠培、牧昌次郎、北田昇雄
  • 権利者名: 産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-040703
  • 出願年月日: 2020
• [産業財産権] マルチチャンネル光検出装置 (2020)
  • 発明者名: 金誠培
  • 権利者名: 産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-044513
  • 出願年月日: 2020
• [産業財産権] 新規セレンテラジン化合物及びその用途 (2018)
  • 発明者名: 金誠培、鈴木孝治、チッテリオダニエル、西原諒、佐藤守俊
  • 権利者名: 産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
  • 外国
• [産業財産権] 人工生物発光酵素に用いるための発光基質 (2018)
  • 発明者名: 金誠培、和泉博、田尾博明、鳥村政基、脇坂昭弘
  • 権利者名: 産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
  • 取得年月日: 2019
  • 外国
• [産業財産権] 新規セレンテラジン化合物及びその用途 (2018)
  • 発明者名: 金誠培、鈴木孝治、チッテリオダニエル、西原諒、佐藤守俊
  • 権利者名: 産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
  • 取得年月日: 2019
  • 外国
• [産業財産権] 人工生物発光酵素 (2017)
  • 発明者名: 金誠培、鳥村政基、田尾博明、中里哲也
  • 権利者名: 産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017
  • 取得年月日: 2018
  • 外国
• [産業財産権] 新規セレンテラジン化合物及びその用途 (2017)
  • 発明者名: 鈴木, チッテリオ, 西原, 金 誠培, 佐藤, 中嶋
  • 権利者名: 鈴木, チッテリオ, 西原, 金 誠培, 佐藤, 中嶋
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-055985
  • 出願年月日: 2017-03-22
• [産業財産権] 新規人工生物発光酵素群 (2016)
  • 発明者名: 金 誠培
  • 権利者名: 金 誠培
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-09-30
  • 外国