細胞内温度計測技術を基盤とする細胞レベルの生命機能および病態化の解析

• 研究課題/領域番号: 17H03075
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 分析化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 内山 聖一 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (10401225)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2020年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2019年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2018年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2017年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
• キーワード: 蛍光 / 細胞 / 温度 / 分析 / イメージング

研究成果の概要

世界初となるカチオン性ラジカル重合開始剤を合成し、これを用いて無毒性のナノゲル状カチオン性蛍光性温度センサーを合成した。これにより、細胞分裂を含む長時間の細胞内温度計測が可能となった。また、開発した蛍光性温度センサーを利用して褐色脂肪細胞の分化の程度と熱産生能の関係を解明したほか、その熱産生にチャネルタンパク質であるパネキシン1が寄与していることも明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

研究代表者は、世界で初めて蛍光性温度センサーを用いて、生きた細胞の温度計測を行った本分野の先駆者である。本課題の成果は、細胞内温度計測における蛍光性温度センサーの有用性を確固たるものにした他、生物学的・医学的にも興味を持たれている褐色脂肪細胞の熱産生メカニズムに迫ったものである。本成果を通じて、生物学や医学において細胞内温度計測技術が非常に有効であることを示すと同時に、幅広い分野の研究者に本法の重要性を伝えることができた。

研究成果

• [国際共同研究] University of Virginia(米国)
• [国際共同研究] University of Technology Sydney(オーストラリア)
• [国際共同研究] Universidad Autonoma de Madrid(スペイン)
• [国際共同研究] Queen’s University(英国)
• [国際共同研究] UMR PAM(フランス)
• [国際共同研究] Univ. of Virginia School of Medicine(米国)
• [国際共同研究] University of Ulm(ドイツ)
• [雑誌論文] Intracellular thermometry uncovers spontaneous thermogenesis and associated thermal signaling (2021)
  • 著者名/発表者名: Kohki Okabe, Seiichi Uchiyama
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 4 号: 1 ページ: 1377-1377
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02908-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Adaptive thermogenesis in brown adipose tissue involves activation of pannexin-1 channels (2021)
  • 著者名/発表者名: Subramanian Senthivinayagam et al.
  • 雑誌名: Molecular Metabolism 巻: 44 ページ: 101130-101130
  • DOI: 10.1016/j.molmet.2020.101130
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Advances and challenges for fluorescence nanothermometry (2020)
  • 著者名/発表者名: Jiajia Zhou, Blanca del Rosal, Daniel Jaque, Seiichi Uchiyama, Dayong Jin
  • 雑誌名: Nature Methods 巻: 17 号: 10 ページ: 967-980
  • DOI: 10.1038/s41592-020-0957-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Magical Combination of Polymer Science and Fluorometry (2020)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Uchiyama
  • 雑誌名: Polymers 巻: 12 号: 4 ページ: 876-876
  • DOI: 10.3390/polym12040876
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Fluorescent Sensors Based on a Novel Functional Design: Combination of an Environment-sensitive Fluorophore with Polymeric and Self-assembled Architectures (2019)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Uchiyama
  • 雑誌名: 有機合成化学協会誌 巻: 77 号: 11 ページ: 1116-1127
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.77.1116
  • NAID: 130007742537
  • ISSN: 0037-9980, 1883-6526
  • 年月日: 2019-11-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cationic Fluorescent Nanogel Thermometers based on Thermoresponsive Poly(N-isopropylacrylamide) and Environment-Sensitive Benzofurazan (2019)
  • 著者名/発表者名: Teruyuki Hayashi, Kyoko Kawamoto, Noriko Inada, Seiichi Uchiyama
  • 雑誌名: Polymers 巻: 11 号: 8 ページ: 1305-1305
  • DOI: 10.3390/polym11081305
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Personal Journey across Fluorescent Sensing and Logic Associated with Polymers of Various Kinds (2019)
  • 著者名/発表者名: Chao-Yi Yao, Seiichi Uchiyama, A. Prasanna de Silva
  • 雑誌名: Polymers 巻: 11 号: 8 ページ: 1351-1351
  • DOI: 10.3390/polym11081351
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 薬学におけるナノゲル研究の最前線 (2019)
  • 著者名/発表者名: 内山聖一、徳山英利
  • 雑誌名: ファルマシア 巻: 55 号: 8 ページ: 770-774
  • DOI: 10.14894/faruawpsj.55.8_770
  • NAID: 130007686651
  • ISSN: 0014-8601, 2189-7026
• [雑誌論文] Temperature imaging using a cationic linear fluorescent polymeric thermometer and fluorescence lifetime imaging microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Noriko Inada, Nanaho Fukuda, Teruyuki Hayashi, Seiichi Uchiyama
  • 雑誌名: Nature Protocols 巻: 14 号: 4 ページ: 1293-1321
  • DOI: 10.1038/s41596-019-0145-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Cell-Targeted Non-Cytotoxic Fluorescent Nanogel Thermometer Created with an Imidazolium-Containing Cationic Radical Initiator. (2018)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama, S., Tsuji, T., Kawamoto, K., Okano, K., Fukatsu, E., Noro, T., Ikado, K., Yamada, S., Shibata, Y., Hayashi, T., Inada, N., Kato, M., Koizumi, H., and Tokuyama, H.
  • 雑誌名: Angewandte Chemie 巻: 57 号: 19 ページ: 5413-5417
  • DOI: 10.1002/anie.201801495
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] アゾ系カチオン性ラジカル重合開始剤の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 内山聖一、徳山英利
  • 雑誌名: 化学 巻: 73(12) ページ: 47-52
• [雑誌論文] Intracellular temperature measurements with fluorescent polymeric thermometers. (2017)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama, S., Gota, C., Tsuji, T., and Inada, N.
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 53 号: 80 ページ: 10976-10992
  • DOI: 10.1039/c7cc06203f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Difference in intracellular temperature rise between matured and precursor brown adipocytes in response to uncoupler and β-adrenergic agonist stimuli (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshikazu Tsuji, Kumiko Ikado, Hideki Koizumi, Seiichi Uchiyama, Kazuaki Kajimoto
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 12889-12889
  • DOI: 10.1038/s41598-017-12634-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 蛍光温度プローブと蛍光寿命測定による細胞内温度イメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 稲田のりこ、内山聖一
  • 雑誌名: 光アライアンス 巻: 28(8) ページ: 33-37
• [学会発表] Fluorescent polymeric thermometers for intracellular thermometry (2020)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Uchiyama
  • 学会等名: Three Wise Men Winter School on Luminescent Nanothermometry for Biomedical Applications
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Intracellular Temperature Measurements with Fluorescent Polymeric Thermometers (2019)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Uchiyama
  • 学会等名: 7th Annual Conference of AnalytiX-2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Intracellular thermometry with fluorescent polymeric thermometers (2019)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Uchiyama
  • 学会等名: Interphotonics 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 細胞内温度計測の歴史とこれから (2019)
  • 著者名/発表者名: 内山聖一
  • 学会等名: 計測自動制御学会 第149回温度計測部会講演会
  • 招待講演
• [学会発表] レシオ型蛍光性温度センサーによる褐色脂肪細胞の温度計測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 内山聖一、辻俊一、井門久美子、河本恭子、稲田のりこ
  • 学会等名: 第78回分析化学討論会
• [学会発表] Intracellular temperature measurements with fluorescent polymeric thermometers (2018)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Uchiyama
  • 学会等名: 6th International Conference on Molecular Sensors and Molecular Logic Gates (MSMLG2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A cationic fluorescent polymeric thermometer for the ratiometric sensing of intracellular temperature (2018)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Uchiyama, Toshikazu Tsuji, Kumiko Ikado, Aruto Yoshida, Kyoko Kawamoto, Teruyuki Hayashi, Noriko Inada
  • 学会等名: World Polymer Congress Macro2018
  • 国際学会
• [学会発表] Ratiometric sensing of intracellular temperature with a cationic fluorescent polymeric thermometer (2018)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Uchiyama, Toshikazu Tsuji, Kumiko Ikado, Aruto Yoshida, Kyoko Kawamoto, Teruyuki Hayashi, Noriko Inada
  • 学会等名: 27th PhotoIUPAC 2018 (International Symposium on Photochemistry)
  • 国際学会
• [学会発表] 新規イミダゾリウム系カチオン性ラジカル重合開始剤による細胞内移行性のある無毒性蛍光ナノゲル温度計の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 辻俊一、内山聖一、小泉英樹、井門久美子、山田小百合、稲田のりこ、徳山英利
  • 学会等名: 第27回ポリマー材料フォーラム
• [学会発表] An environment-sensitive fluorophore methoxybenzocoumarin emitting in protic environments (2017)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Uchiyama, Kyoko Kawamoto, Chie Gota, Toshitada Yoshihara, Seiji Tobita, Patricia Remon, Uwe Pischel
  • 学会等名: 28th International Conference on Photochemistry (ICP2017)
  • 国際学会
• [学会発表] 細胞内温度測定による褐色脂肪細胞の直接的な熱産生測定手法の構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 辻俊一、内山聖一、梶本和昭
  • 学会等名: 第38回日本肥満学会
• [学会発表] 感温性高分子による生細胞の温度測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 内山聖一
  • 学会等名: 金沢大学薬学シンポジウム2017 「イメージング研究が切り開く生命科学の最前線」
  • 招待講演