化学アプローチによる膜蛋白質の動的解析

• 研究課題/領域番号: 18H03935
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分37:生体分子化学およびその関連分野
• 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): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 44,330千円 (直接経費: 34,100千円、間接経費: 10,230千円); 2020年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円); 2019年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円); 2018年度: 16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)
• キーワード: 化学プローブ / 膜蛋白質 / PYPタグ / BLタグ / 蛋白質ラベル化 / GLUT4 / β-ラクタマーゼタグ / TLR4 / 1分子イメージング / タンパク質ラベル化

研究成果の概要

本研究では独自に開発した化学的な蛋白質修飾法により、膜蛋白質の局在メカニズムを解析できる技術の開発に取り組んだ。成果の第一として、「PYPタグラベル化法」を応用し、Ⅱ型糖尿病に関与する膜蛋白質、グルコース輸送体GLUT4が糖鎖修飾により細胞膜に引き留める機構を調べた。第二として、「BLタグシステム」を用い、膜蛋白質を蛍光プローブで染め分け、蛋白質のリガンド刺激に対する動態解析に取り組んだ。加えて、BLタグシステムを改良し、新たなリガンド構造を用いたプローブを開発した。これらの化学プローブを用い、膜蛋白質の動態や蛋白質間相互作用の解析手法を供出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果によって、膜蛋白質が生きた細胞内でどのように振る舞うのかを調べるための道具を提供することが可能となった。例えば、膜蛋白質であるGLUT4の細胞膜に維持される機構はⅡ型糖尿病の発症に関与しており、相互作用に関わる蛋白質を検出する化学プローブはこの機構解明に大きく貢献できることが期待できる。また、がんや免疫応答に関与する受容体を蛍光ラベル化し、イメージングによって解析することで、これらの動態を生きた状態で可視化追跡することが可能となる。

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] 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] 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] 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] 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] 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] 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] 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] 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] SCOTfluors: Small, Conjugatable, Orthogonal, and Tunable Fluorophores for In Vivo Imaging of Cell Metabolism (2019)
  • 著者名/発表者名: Benson Sam、Fernandez Antonio、Barth Nicole D.、de Moliner Fabio、Horrocks Mathew H.、Herrington C. Simon、Abad Jose Luis、Delgado Antonio、Kelly Lisa、Chang Ziyuan、Feng Yi、Nishiura Miyako、Hori Yuichiro、Kikuchi Kazuya、Vendrell Marc
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 58 号: 21 ページ: 6911-6915
  • DOI: 10.1002/anie.201900465
  • 査読あり / 国際共著
• [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: Angewandte Chemie International Edition 巻: 57 号: 51 ページ: 16742-16747
  • DOI: 10.1002/anie.201810363
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthetic-Molecule/Protein Hybrid Probe with Fluorogenic Switch for Live-Cell Imaging of DNA Methylation (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Hori, Norimichi Otomura, Ayuko Nishida, Miyako Nishiura, Maho Umeno, Isao Suetake, Kazuya Kikuchi
  • 雑誌名: J Am Chem Soc 巻: 140 号: 5 ページ: 1686-1690
  • DOI: 10.1021/jacs.7b09713
  • 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] New Biological Findings which were Revealed by Designed Fluorescent Probes (2019)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Kazuya
  • 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: Kikuchi Kazuya
  • 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: Kikuchi Kazuya
  • 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: Kikuchi Kazuya
  • 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] 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
• [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