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新規化学スイッチ機構を用いた超解像イメージングプローブ

研究課題

研究課題/領域番号 23KK0106
研究種目

国際共同研究加速基金(海外連携研究)

配分区分基金
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, 大学院工学研究科, 教授 (70292951)

研究分担者 蓑島 維文  大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (20600844)
山本 智也  大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (30837886)
研究期間 (年度) 2023-09-08 – 2027-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
21,060千円 (直接経費: 16,200千円、間接経費: 4,860千円)
2026年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2025年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2024年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワード化学プローブ / 蛍光スイッチング / 超解像イメージング / フォトクロミック分子 / RESORFT
研究開始時の研究の概要

近年、超解像イメージングに代表されるように、新しいイメージング原理やそれを可能にする機器の開発は、目覚ましい発展を遂げつつある。これらの技術には、蛍光蛋白質ではなくレーザー光耐性のある小分子蛍光プローブが適している。この状況下で新たに生じた課題は、生体分子をいかに蛍光標識し、その蛍光をいかに制御するかである。本文に示すように、本研究では、新たな蛋白質・合成蛍光プローブのペアを用い、化学原理に基づき蛍光スイッチ機能を持つ合成可視化プローブを設計・開発する。この結果、高い時空間分解能で生体内分子やオルガネラの動態を生細胞中で可視化し、新時代の蛍光イメージングを切り拓く。

研究実績の概要

本年度は共同研究先であるエジンバラ大のVendrellグループと光スイッチング分子を用いた蛋白質標識プローブの開発を進めた。当研究室では光照射により吸収が変化するフォトクロミック分子Furylfulgimide(FF)をFRETのアクセプターにした蛍光プローブを開発している。これまでに常時蛍光を示すローダミン色素を用いた蛍光プローブを合成、評価した。365 nmの光照射によりFFが可視光吸収を示すため、蛍光が減衰する一方、530 nmの可視光照射によりFFの吸収が低下し、蛍光が増大する。一方で生細胞イメージングへの応用を考えると、標的蛋白質に結合したときに蛍光を発する発蛍光性を有することがプローブとして望ましい。そこで、Vendrellグループが開発した発蛍光色素、Trp-BODIPYに着目した。この色素は蛋白質等の標的分子に結合すると蛍光を大きく上昇させる特性がある。そこで、Trp-BODIPYを蛍光色素としてFFと結合させたFRET型のプローブ、Trp-BODIPY-FFを開発した。想定した通り、蛋白質との結合により大幅な蛍光上昇を示した。さらにこのプローブを市販化されている蛋白質標識技術、HaloTagに適用できるようHaloTagリガンドを連結させたプローブを開発した。本プローブを用いることでHaloTag結合時に大きな発蛍光性を示し、細胞内蛋白質をラベル化し、生細胞において光スイッチングに由来する蛍光シグナルの変調をイメージングすることができた。
また、Vendrell教授を国内で開催されたシンポジウム(第11回武田科学振興財団薬科学シンポジウム)に招待し、講演および日本側の研究室メンバーも含めたディスカッションを行った。

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

共同研究の結果、生細胞で機能する光スイッチングプローブの開発について共著の論文を報告することができた。また、Vendrell教授を国内に招いて研究室メンバーとディスカッションする機会を設け、今後の共同研究の内容についても打ち合わせることができた。従って、当初の計画以上に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

引き続き蛍光スイッチング分子プローブの開発を共同研究として進める。特に今年度は日本側の博士課程学生をエジンバラ大に3か月以上派遣し、現地においてプローブ合成、イメージング実験を共同で実施することを計画している。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 5件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 5件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] エジンバラ大学(英国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Activatable 19F MRI probe for detection of α-amylase activity2024

    • 著者名/発表者名
      Konishi Yuki、Otera Yuya、Minoshima Masafumi、Kikuchi Kazuya
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 53 号: 1

    • DOI

      10.1093/chemle/upae003

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rational Design of Hydroxylated Thiazole Orange Photocages for Green Light‐Triggered DNA Recombination2024

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Ryu、Minoshima Masafumi、Kikuchi Kazuya
    • 雑誌名

      ChemBioChem

      巻: 25 号: 4

    • DOI

      10.1002/cbic.202300799

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] No-wash fluorogenic labeling of proteins for reversible photoswitching in live cells2024

    • 著者名/発表者名
      Torii Kenji、Benson Sam、Hori Yuichiro、Vendrell Marc、Kikuchi Kazuya
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 15 号: 4 ページ: 1393-1401

    • DOI

      10.1039/d3sc04953a

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Recent advancements of fluorescent biosensors using semisynthetic probes2024

    • 著者名/発表者名
      Reja Shahi Imam、Minoshima Masafumi、Hori Yuichiro、Kikuchi Kazuya
    • 雑誌名

      Biosensors and Bioelectronics

      巻: 247 ページ: 115862-115862

    • DOI

      10.1016/j.bios.2023.115862

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Elastic Polymer Coated Nanoparticles with Fast Clearance for 19F MR Imaging2023

    • 著者名/発表者名
      Konishi Yuki、Minoshima Masafumi、Fujihara Kohei、Uchihashi Takayuki、Kikuchi Kazuya
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 62 号: 40

    • DOI

      10.1002/anie.202308565

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a Versatile Protein Labeling Tool for Live‐Cell Imaging Using Fluorescent β‐Lactamase Inhibitors2023

    • 著者名/発表者名
      Minoshima Masafumi、Umeno Taro、Kadooka Kohei、Roux Margaux、Yamada Namiko、Kikuchi Kazuya
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 62 号: 18

    • DOI

      10.1002/anie.202301704

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Visualization of multiple localizations of GLUT4 by fluorescent probes of PYP-tag with designed unnatural warhead2023

    • 著者名/発表者名
      Nishiura Miyako、Hori Yuichiro、Umeno Maho、Kikuchi Kazuya
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 14 号: 22 ページ: 5925-5935

    • DOI

      10.1039/d3sc00724c

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Persistent Fluorescence Switching of a Probe Using a Photochromic Quencher with High Photostability Assisted by Protein-Surface Modification2023

    • 著者名/発表者名
      Torii Kenji、Hori Yuichiro、Kikuchi Kazuya
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 95 号: 23 ページ: 8834-8841

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.3c00163

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long-term imaging of intranuclear Mg<sup>2+</sup> dynamics during mitosis using a localized fluorescent probe2023

    • 著者名/発表者名
      Matsui Yusuke、Kowada Toshiyuki、Ding Yi、Sahoo Priya Ranjan、Kikuchi Kazuya、Mizukami Shin
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 59 号: 46 ページ: 7048-7051

    • DOI

      10.1039/d2cc05930d

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Variational autoencoder-based chemical latent space for large molecular structures with 3D complexity2023

    • 著者名/発表者名
      Ochiai Toshiki、Inukai Tensei、Akiyama Manato、Furui Kairi、Ohue Masahito、Matsumori Nobuaki、Inuki Shinsuke、Uesugi Motonari、Sunazuka Toshiaki、Kikuchi Kazuya、Kakeya Hideaki、Sakakibara Yasubumi
    • 雑誌名

      Communications Chemistry

      巻: 6 号: 1 ページ: 249-249

    • DOI

      10.1038/s42004-023-01054-6

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 生命機能を可視化するさまざまな化学蛍光プローブ2023

    • 著者名/発表者名
      蓑島維文、菊地和也
    • 雑誌名

      医学のあゆみ 生体イメージングの最前線

      巻: 286 ページ: 337-342

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of 19F Magnetic Resonance Imaging Probe for in vivo Sensing Biomarkers2024

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Kikuchi
    • 学会等名
      第11回 武田科学振興財団 薬科学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of 19F Magnetic Resonance Imaging Probe for in vivo Sensing Biomarkers2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Kikuchi
    • 学会等名
      ICBIC-20
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 天然物が織り成す化合物潜在空間が拓く生物活性分子デザイン2023

    • 著者名/発表者名
      菊地和也
    • 学会等名
      「AIと有機合成化学」第11回勉強会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Chemical Probes with Tunable Fluorescence Properties2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Kikuchi
    • 学会等名
      FASEB Science Research Conference
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of 19F Magnetic Resonance Imaging Probe for in vivo Sensing Biomarkers2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Kikuchi
    • 学会等名
      16th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry (ISABC16)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [産業財産権] タンパク質間相互作用を可視化する方法2024

    • 発明者名
      蓑島維文、Jiatong Li、菊地和也
    • 権利者名
      蓑島維文、Jiatong Li、菊地和也
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2023-09-12   更新日: 2024-12-25  

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