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高輝度近赤外生物発光プローブを実現するホタルルシフェリン誘導体の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19J12615
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分37030:ケミカルバイオロジー関連
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

池田 裕真  慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 採択後辞退 (2020年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード生物発光 / イメージング / 近赤外 / ルシフェリン / ルシフェラーゼ
研究開始時の研究の概要

本研究では有機化学的アプローチにより、生体深部組織のイメージングを実現する生物発光基質の開発を目指す。高効率なホタル生物発光系に注目し、その発光基質を有機合成化学により改変する。有機蛍光色素の知見を取り入れ、生体組織応用に最適な近赤外領域で発光する人工ホタル発光基質を開発する。また、予め活性化させた基質を合成することで、一連のホタル発光系の高輝度化の可能性を評価する。

研究実績の概要

生体深部をイメージング可能なホタル生物発光系の構築を目的とし,発光反応中間体に注目した発光輝度の向上可能性を検証した.ATPと誘導体との縮合体は高輝度化に成功したものの,安定性や精製手法の確立,単離収率における課題が明らかとなった.そこで,基質化学構造の改変による長波長化および発光輝度双方の達成を試みることとした.開発指針としてホタル生物発光基質を有機蛍光色素と捉え,有機蛍光色素にみられる構造改変手法を模倣した.
1.環融合戦略を基盤とした近赤外発光ホタルルシフェリン誘導体群の創製
近赤外領域の光は,水などの生体分子による阻害が少ないことから,生体イメージングにおいて望ましいとされる.本研究では,既存の近赤外誘導体を基盤とし,環状アミン構造を組み込んだ計6種類の誘導体NIRLucsを合成した.いずれも天然のホタルルシフェラーゼFlucによる酵素認識を受け,近赤外発光を示した.さらに,NIRLucsは細胞膜透過性を持ち,生細胞系においても近赤外発光を示すことが確認された.良好な発光活性・血中滞留性を示したNIRLuc2を皮下腫瘍担癌マウスモデルへ応用したところ,天然の基質と比べて約7倍(近赤外では16倍)の発光輝度を示した.
2.環状アミノ基アゼチジン置換による発光輝度向上の可否検証
ホタル発光基質をPush-Pull型の蛍光色素と見立て,Twisted Intramolecular Charge Transfer(TICT)の抑制による発光輝度向上の可否について検証した.本研究では,異なるルシフェリンコアに対して,アゼチジニル基を導入した誘導体を計5種類合成し,ルシフェリンにおけるアゼチジニル基置換効果を評価した.このうちアゼチジニル基を導入したA-1は,ジメチルアミノ基をもつ誘導体D-1と比較して,TICTの抑制により狙い通り蛍光量子収率・生物発光輝度共に向上することに成功した.

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Ring-Fused Firefly Luciferins: Expanded Palette of Near-Infrared Emitting Bioluminescent Substrates2020

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Yuma、Nomoto Takahiro、Hiruta Yuki、Nishiyama Nobuhiro、Citterio Daniel
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 92 号: 6 ページ: 4235-4243

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.9b04562

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Ring-Fused Firefly Luciferins: Expanded Palette of Structure-Inherent Near-infrared Emitting Bioluminescent Substrates2020

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Yuma、Nomoto Takahiro、Hiruta Yuki、Nishiyama Nobuhiro、Citterio Daniel
    • 学会等名
      PITTCON 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 生体分析応用に向けた合成ホタル生物発光基質誘導体2019

    • 著者名/発表者名
      池田 裕真
    • 学会等名
      日本分析化学会関東支部若手交流会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Structure-luminescence relationship of near-infrared firefly luciferin analogues2019

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Yuma、Nomoto Takahiro、Hiruta Yuki、Nishiyama Nobuhiro、Citterio Daniel
    • 学会等名
      The ACS Fall 2019 National Meeting & Exposition
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 環融合戦略を基盤とした近赤外発光ホタルルシフェリン誘導体群の創製2019

    • 著者名/発表者名
      池田 裕真、野本 貴大、蛭田 勇樹、西山 伸宏、チッテリオ ダニエル
    • 学会等名
      第35回生物発光化学発光研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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