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酵素活性の網羅的解析(enzymomics)に基づく疾患診断基盤技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23K23484
補助金の研究課題番号 22H02217 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分37030:ケミカルバイオロジー関連
研究機関東京大学

研究代表者

小松 徹  東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (40599172)

研究分担者 水野 忠快  東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (90736050)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2024年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2023年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2022年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
キーワードケミカルバイオロジー / 創薬化学
研究開始時の研究の概要

自動合成を用いたプローブ合成,規格化された計測条件の設定,バイアスをかけずに1分子計測データを解析することができる解析系の構築,をもって,安定してデータを蓄積していくことが可能な仕組みが整ってきた.これを用いて,特に健常者の血液検体を中心として1分子酵素活性データの蓄積をおこない,アトラスの作成を進める.これを参照データとして用いることにより,特定の疾患に由来する生体サンプルが与えられた際に,この参照データからの変化によって疾患に関わるバイオマーカーの迅速な探索をおこなっていくことが可能になると期待される.

研究実績の概要

本研究では,酵素の生きた機能である活性の評価を可能とする方法論「enzymomics(enzymeのomics)」について,その超高感度化,網羅化を達成する実験系を背景として,特にリキッドバイオプシー法を用いた血液中の酵素活性の異常の理解に基づく疾患の理解を実現する基盤技術構築を目指して進められた.
研究代表者らが開発した生体サンプル中の1分子酵素活性の計測技術は,微細加工技術によって調整された多数のマイクロチャンバーを有するデバイスに十分に希釈したサンプルをロードすることによって酵素分子を確率論的に1分子ずつ分画した状態で酵素の活性解析をおこなう1分子酵素活性計測法に基づいている.このような1分子酵素活性計測に用いることができる蛍光プローブの並列合成を可能とする新たな合成法を確立し(特願2021-096839),これまでに100種類以上の酵素に関する1分子活性計測の系の構築をおこなうことに成功した(S. Sakamoto et al. Cell Rep. Methods 2024).更に,本系の一般化につながる様々な技術の開発をおこない,特許出願,論文発表,これらに基づく学外研究者との共同研究の推進に繋げた.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究課題の目標であるプローブ合成,計測の一般化に向けて,前者では既にそのシステムを確立し,論文化,特許化に成功した.これまでに1分子計測技術が確立されていた glycosidase,phosphatase という酵素種に加え,新たに peptidase/protease に対する広範な酵素活性計測系を確立することに成功し,成果を論文発表した(S. Sakamoto et al. Cell Rep. Methods 2024,N. Nagano et al. Chem. Sci. 2023).更に,新たに esterase 類に対して適用可能な coupled assay に基づくアッセイ系を確立し,こちらについても論文発表をおこなった(T. Ukegawa et al. Adv. Sci. 2023).後者については,高い安定性をもって1分子計測を可能にするプラットフォームを確立し,年度内に血液サンプルの解析を中心に数百以上のアッセイデータを蓄積し,今後の研究に広く活かすことができる基盤を樹立した.

今後の研究の推進方策

今後の研究では,確立した方法論を多くの研究者が画一的に利用できるようにする一般化を進め,規格化された条件の下で計測データの蓄積を進め,蓄積されたデータを背景とした解析の高度化を進めていくことで,1分子計測による「enzymomics」法を,他のオミクスに並ぶ方法論として確立する.このために,規格化された蛍光プローブ合成法,規格化されたマイクロデバイスと計測装置を用いた実測とデータ解析系の実装を進め,1分子計測リキッドバイオプシーの樹立に向けた基盤となす.
(1) 合成系の一般化:昨年度までに確立した7-amino-4-methylcoumarinを母核としたSAS法により多くの酵素活性の計測がなされたが,これに対してより強い蛍光を示す新たな蛍光プローブの母核を開発した(特願2022-079082).これを用いたライブラリ構築の仕組みを確立し,全自動のプローブ開発の仕組みの構築と血液中の1分子酵素活性計測を進めていく.
(2) 計測,データ解析の一般化:1分子アッセイに用いるマイクロデバイスは,現在自作のものを用いているが,市販のマイクロデバイスと分注装置を用いて大量のデータを再現性よく計測する仕組みを構築することに成功した.これによって得られる大量の計測データを蓄積すると共に,その特徴量を抽出して群間比較をおこなう解析プラットフォームを水野グループと共同で開発し,規格化された条件で計測された血液中,組織中の大量の酵素活性データの間の比較をおこなう仕組みを確立する.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件、 招待講演 8件) 図書 (2件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] A general fluorescence off/on strategy for fluorogenic probes: Steric repulsion-induced twisted intramolecular charge transfer (sr-TICT)2024

    • 著者名/発表者名
      Hanaoka Kenjiro、Ikeno Takayuki、Iwaki Shimpei、Deguchi Sayaka、Takayama Kazuo、Mizuguchi Hiroyuki、Tao Fumiya、Kojima Nobuhiko、Ohno Hisashi、Sasaki Eita、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Maeda Kazuya、Kusuhara Hiroyuki、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 10 号: 7

    • DOI

      10.1126/sciadv.adi8847

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Identification of activity-based biomarkers for early-stage pancreatic tumors in blood using single-molecule enzyme activity screening2024

    • 著者名/発表者名
      Shingo Sakamoto、Hideto Hiraide、Mayano Minoda、Nozomi Iwakura、Misa Suzuki、Jun Ando、Chiharu Takahashi、Ikuko Takahashi、Kazue Murai、Yu Kagami、Tadahaya Mizuno、Tohru Koike、Satoshi Nara、Chigusa Morizane、Susumu Hijioka、Ayumi Kashiro、Kazufumi Honda、Rikiya Watanabe、Yasuteru Urano、Toru Komatsu
    • 雑誌名

      Cell Reports Methods

      巻: 4 号: 1 ページ: 100688-100688

    • DOI

      10.1016/j.crmeth.2023.100688

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Modular Design Platform for Activatable Fluorescence Probes Targeting Carboxypeptidases Based on ProTide Chemistry2023

    • 著者名/発表者名
      Kuriki Yugo、Sogawa Mari、Komatsu Toru、Kawatani Minoru、Fujioka Hiroyoshi、Fujita Kyohhei、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Kojima Ryosuke、Hino Rumi、Ueo Hiroki、Ueo Hiroaki、Kamiya Mako、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 146 号: 1 ページ: 521-531

    • DOI

      10.1021/jacs.3c10086

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thioester‐Based Coupled Fluorogenic Assays in Microdevice for the Detection of Single‐Molecule Enzyme Activities of Esterases with Specified Substrate Recognition2023

    • 著者名/発表者名
      Ukegawa Tatsuya、Komatsu Toru、Minoda Mayano、Matsumoto Takuya、Iwasaka Takumi、Mizuno Tadahaya、Tachibana Ryo、Sakamoto Shingo、Hanaoka Kenjiro、Kusuhara Hiroyuki、Honda Kazufumi、Watanabe Rikiya、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      Advanced Science

      巻: 11 号: 10 ページ: 2306559-2306559

    • DOI

      10.1002/advs.202306559

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of fluorogenic substrates for colorectal tumor-related neuropeptidases for activity-based diagnosis2023

    • 著者名/発表者名
      Norimichi Nagano、Yuki Ichihashi、Toru Komatsu、Hiroyuki Matsuzaki、Keisuke Hata、Toshiaki Watanabe、Yoshihiro Misawa、Misa Suzuki、Shingo Sakamoto、Yu Kagami、Ayumi Kashiro、Keiko Takeuchi、Yukihide Kanemitsu、Hiroki Ochiai、Rikiya Watanabe、Kazufumi Honda、Yasuteru Urano
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 14 号: 17 ページ: 4495

    • DOI

      10.1039/d2sc07029d

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of pathway-oriented screening to identify compounds to control 2-methylglyoxal metabolism in tumor cells2023

    • 著者名/発表者名
      Yanagi Kouichi、Komatsu Toru、Fujikawa Yuuta、Kojima Hirotatsu、Okabe Takayoshi、Nagano Tetsuo、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      Communications Chemistry

      巻: 6 号: 1 ページ: 68-68

    • DOI

      10.1038/s42004-023-00864-y

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of a fluorescent probe library enabling efficient screening of tumour-imaging probes based on discovery of biomarker enzymatic activities2022

    • 著者名/発表者名
      Kuriki Yugo、Yoshioka Takafusa、Kamiya Mako、Komatsu Toru、Takamaru Hiroyuki、Fujita Kyohhei、Iwaki Hirohisa、Nanjo Aika、Akagi Yuki、Takeshita Kohei、Hino Haruaki、Hino Rumi、Kojima Ryosuke、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Abe Seiichiro、Saito Yutaka、Nakajima Jun、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 13 号: 16 ページ: 4474-4481

    • DOI

      10.1039/d1sc06889j

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular design of near-infrared (NIR) fluorescent probes targeting exopeptidase and application for detection of dipeptidyl peptidase 4 (DPP-4) activity2022

    • 著者名/発表者名
      Hoshino Yuki、Hanaoka Kenjiro、Sakamoto Kei、Yasunaga Masahiro、Kojima Takashi、Kotani Daisuke、Nomoto Ayumu、Sasaki Eita、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Takamaru Hiroyuki、Saito Yutaka、Seto Yasuyuki、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      RSC Chemical Biology

      巻: - 号: 7 ページ: 859-867

    • DOI

      10.1039/d1cb00253h

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] General Design Strategy to Precisely Control the Emission of Fluorophores via a Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT) Process2022

    • 著者名/発表者名
      Hanaoka Kenjiro、Iwaki Shimpei、Yagi Kiyoshi、Myochin Takuya、Ikeno Takayuki、Ohno Hisashi、Sasaki Eita、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Uchigashima Motokazu、Mikuni Takayasu、Tainaka Kazuki、Tahara Shinya、Takeuchi Satoshi、Tahara Tahei、Uchiyama Masanobu、Nagano Tetsuo、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 144 号: 43 ページ: 19778-19790

    • DOI

      10.1021/jacs.2c06397

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Rapid imaging of lung cancer using a red fluorescent probe to detect dipeptidyl peptidase 4 and puromycin-sensitive aminopeptidase activities2022

    • 著者名/発表者名
      Kawashima Shun、Yoshida Daisuke、Yoshioka Takafusa、Ogasawara Akira、Fujita Kyohhei、Yanagiya Masahiro、Nagano Masaaki、Konoeda Chihiro、Hino Haruaki、Kitano Kentaro、Sato Masaaki、Hino Rumi、Kojima Ryosuke、Komatsu Toru、Kamiya Mako、Urano Yasuteru、Nakajima Jun
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 12665-9

    • DOI

      10.1038/s41598-022-12665-9

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Development of single-molecule enzyme activity profiling platform for activity-based diagnosis of early stage pancreatic tumor2023

    • 著者名/発表者名
      Toru Komatsu
    • 学会等名
      国際交流シンポジウム 次世代薬学 アジアシンポジウム(日本薬学会 第 144 年会)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 有機小分子蛍光プローブと1分子計測技術の融合による血液中1分子酵素活性網羅的解析技術の開発2023

    • 著者名/発表者名
      小松徹
    • 学会等名
      日本薬学会 第 144 年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 1分子レベルの酵素活性網羅的解析に基づく疾患診断技術基盤の開発と応用2023

    • 著者名/発表者名
      小松徹
    • 学会等名
      バイオインタラクション(BIRA)研究会 第 23 回ワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 1分子レベルのタンパク質機能検出による疾患診断技術の開発2023

    • 著者名/発表者名
      小松徹, 渡邉力也, 水野忠快, 本田一文, 坂本眞伍
    • 学会等名
      第 40 回メディシナルケミストリーシンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Proteoform レベルの酵素活性網羅的解析に基づく疾患診断技術の開発2023

    • 著者名/発表者名
      小松徹
    • 学会等名
      第 1 回 ATF コンファレンス 2023年11月13日
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Proteoform レベルの酵素活性網羅的解析に基づく疾患診断技術の開発2023

    • 著者名/発表者名
      小松徹
    • 学会等名
      レドックス R&D 戦略委員会 第 2 回 夏のシンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 1分子レベルの酵素活性網羅的解析に基づく疾患診断技術の開発2022

    • 著者名/発表者名
      小松徹
    • 学会等名
      千里ライフサイエンス振興財団 新適塾「未来創薬への誘い」第57回講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 1分子レベルの酵素活性網羅的解析に基づく 疾患診断技術の開発2022

    • 著者名/発表者名
      小松徹
    • 学会等名
      第 16 回メタボロームシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of single-molecule enzyme activity-based protein profiling (SEAP) strategy for the detection of disease-related enzyme activities in blood samples2022

    • 著者名/発表者名
      Toru Komatsu, Shingo Sakamoto, Tadahaya Mizuno, Kazufumi Honda, Rikiya Watanabe, Yasuteru Urano
    • 学会等名
      Redox Week 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of single-molecule enzyme activity-based protein profiling (SEAP) strategy for the detection of disease-related enzyme activities in blood samples2022

    • 著者名/発表者名
      Toru Komatsu, Shingo Sakamoto, Yu Kagami, Tadahaya Mizuno, Kazufumi Honda, Rikiya Watanabe, Yasuteru Urano
    • 学会等名
      International Chemical Biology Society Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] 疾患と関わる酵素の働きを夾雑環境下で「視る」2023

    • 著者名/発表者名
      小松徹
    • 総ページ数
      208
    • 出版者
      化学同人
    • ISBN
      9784759814057
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [図書] 茶カテキンによるエピジェネティック制御因子への関与2022

    • 著者名/発表者名
      小松徹,小倉大輝,浦野泰照
    • 総ページ数
      333
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781316871
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [産業財産権] 固相抽出を利用した蛍光プローブライブラリの調製方法、及びこれを用いた酵素活性計測方法2022

    • 発明者名
      浦野泰照,小松徹,鏡味優,坂本眞伍,渡邉力也
    • 権利者名
      浦野泰照,小松徹,鏡味優,坂本眞伍,渡邉力也
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 3.浦野泰照,小松徹,鏡味優,坂本眞伍,笠井貴文,渡邉力也2022

    • 発明者名
      浦野泰照,小松徹,鏡味優,坂本眞伍,笠井貴文,渡邉力也
    • 権利者名
      浦野泰照,小松徹,鏡味優,坂本眞伍,笠井貴文,渡邉力也
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2022-079082
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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