光解除性保護基の論理的設計に基づく、新有機合成ツール、新生物機能解析ツールの創製

• 研究課題/領域番号: 16689002
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物理系薬学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 浦野 泰照 東京大学, 大学院薬学系研究科, 助教授 (20292956)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 29,640千円 (直接経費: 22,800千円、間接経費: 6,840千円); 2006年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2005年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円); 2004年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
• キーワード: 光解除性保護基 / 光誘起電子移動 / Caged化合物 / ニトロベンジル基 / TokyoGreen / 電荷分離状態 / フルオレセイン / 論理的設計

研究概要

昨年度までの研究に引き続き、初期蛍光が極めて低く、かつ少ないUncaging照射量で大きな蛍光回復の見られる高効率Caged蛍光団の開発を行った。PeT過程の最適化を行い、最終的に2-Me-4-OCH2COOH TokyoGreenをニトロベンジル基でCageした化合物の開発に成功した。このCaged蛍光団は、光照射による蛍光上昇度がほぽ1000倍に達する極めて高効率なものであり、従来のcagedフルオレセインに比べてuncaging光照射量が格段に少なくて済むことが確認された。次に、本化合物のカルボキシ基をAM化した誘導体を合成し、これを生細胞系に適用し、多数ある生細胞のうち1細胞だけを蛍光ラベル化する実験を試みた。その結果、1 microM程度の少量を細胞に負荷し、ここに355nmのuncaging光を10秒程度照射するだけで、照射した細胞だけを十分に明るくラベル化することが可能であることが明らかとなった。従来のcagedフルオレセインでは、同条件下600秒照射してもほとんど蛍光が観測されなかったことから、今回開発に成功したcaged蛍光団の有用性が示された。次に有機合成における効率的光分解性保護基の開発に向け、有機溶媒中で機能するBODIPYべ一スの光分解性保護基の設計・開発を行った。具体的には、BODIPY4位のホウ素上の置換基を種々変換した化合物を合成し、その光分解性を精査した。その結果、4-ベンジル体が500nm程度の強い光照射により開裂することが明らかとなった。本化合物は、分子内にPeT過程を組み込むことで条件判断能を付与することも可能であり、特定条件下でのみ保護基の光脱離が起きうる高機能型光分解性保護基の開発につながる重要な骨格である。そこでまず4位置換基によるBODIPY蛍光の制御が可能かどうかを調べる目的で、酸性条件を認識する蛍光プローブを設計・合成した。その結果、十分な蛍光On/Offが観測され、酸性条件でのみ光脱離する保護基開発の端緒となる重要な知見を得ることに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] A Target-Cell Specific Activatable Fluorescence Probe for in vivo Molecular Imaging of Cancer based on a Self-Quenched Avidin-Rhodamine Conjugate (2007)
  • 著者名/発表者名: Yukihiro Hama
  • 雑誌名: Cancer Res. 8 ページ: 2791-2799
• [雑誌論文] Mechanism-Based Molecular Design of Highly Selective Fluorescence Probes for Nitrative Stress (2006)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Ueno
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 128 ページ: 10640-10641
• [雑誌論文] Modulation of Luminescence Intensity of Lanthanide Complexes by Photoinduced Electron Transfer and Its Application to a Long-Lived Protease Probe (2006)
  • 著者名/発表者名: Takuya Terai
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 128 ページ: 6938-6946
• [雑誌論文] Tunable Design Strategy for Fluorescence Probes Based on 4-Substituted BODIPY Chromophore; Improvement of Highly Sensitive Fluorescence Probe for Nitric Oxide (2006)
  • 著者名/発表者名: Yu Gabe
  • 雑誌名: Anal.Bioanl.Chem. 386 ページ: 621-626
• [雑誌論文] Creation of Superior Carboxyfluorescein Dyes by Blocking Donor-Excited Photoinduced Electron Transfer (2006)
  • 著者名/発表者名: Tomoko Mineno
  • 雑誌名: Org.Lett. 8 ページ: 5963-5966
• [雑誌論文] Design and Synthesis of an Enzyme Activity-Based Labeling Molecule with Fluorescence Spectral Change (2006)
  • 著者名/発表者名: Toru Komatsu
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 128 ページ: 15946-15947
• [雑誌論文] Highly Efficient and Photostable Photosensitizer Based on BODIPY Chromophore (2005)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Yogo
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 127 ページ: 10197-10204
• [雑誌論文] Extension of the Application Range of Fluorescein: A Novel Fluorescein-based Probe for Western Blot Analysis (2005)
  • 著者名/発表者名: Mako Kamiya
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 44 ページ: 5439-5441
• [雑誌論文] Evolution of Fluorescein as a Platform for Finely Tunable Fluorescence Probes (2005)
  • 著者名/発表者名: Yasuteru Urano
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 127 ページ: 4888-4894
• [雑誌論文] The Detection and Quantification of Highly Reactive Oxygen Species Using the Novel HPF Fluorescence Probe in a Rat Model of Focal Cerebral Ischemia (2005)
  • 著者名/発表者名: Shinichiro Tomizawa
  • 雑誌名: Neuroscience Research 53 ページ: 304-313
• [雑誌論文] Organization of supramolecular assemblies of fullerene, porphyrin and fluorescein dye derivatives on TiO2 nanoparticles for light energy conversion (2005)
  • 著者名/発表者名: Taku Hasobe
  • 雑誌名: Chemical Physics 319 ページ: 243-252
• [雑誌論文] Evolution of Fluorescein as a Platform for Finely Tunable Fluorescence Probes (2005)
  • 著者名/発表者名: Yasuteru Ueno
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. (in press)
• [雑誌論文] Highly Sensitive Near-infrared Fluorescence Probes for Nitric Oxide and Their Application to Isolated Organs (2005)
  • 著者名/発表者名: Eita Sasaki
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. (in press)
• [雑誌論文] Design and Synthesis of Zinc-Selective Chelators for Extracellular Applications (2005)
  • 著者名/発表者名: Eri Kawabata
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 127 ページ: 818-819
• [雑誌論文] Rational Principles for Modulating Fluorescence Properties of Fluorescein (2004)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Ueno
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 126 ページ: 14079-14085
• [雑誌論文] Rational Design of Novel Photoinduced Electron Transfer Type Fluorescent Probes for Sodium Cation (2004)
  • 著者名/発表者名: Suguru Kenmoku
  • 雑誌名: Tetrahedron 60 ページ: 11067-11073
• [雑誌論文] Enhanced Energy and Quantum Efficiencies of a Nanocrystalline Photoelectrochemical Cell Sensitized with a donor-Acceptor Dyaed Derived from Fluorescein (2004)
  • 著者名/発表者名: Shigeki Hattori
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B 108 ページ: 15200-15205
• [図書] 月刊化学 (2006)
  • 著者名/発表者名: 浦野 泰照
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 別冊医学のあゆみ レドックス-ストレス防御の医学- (2005)
  • 著者名/発表者名: 浦野泰照
  • 総ページ数: 236
  • 出版者: 医歯薬出版
• [図書] 酸化ストレスマーカー (2005)
  • 著者名/発表者名: 浦野 泰照
  • 出版者: 学会出版センター(印刷中)