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蛍光スイッチ分子の化学デザインと生体イメージング

公募研究

研究領域共鳴誘導で革新するバイオイメージング
研究課題/領域番号 18H04735
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関大阪大学

研究代表者

堀 雄一郎  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (00444563)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2018年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
キーワードフォトクロミック分子 / RESOLFT / 蛍光スイッチング分子 / 超解像イメージング / PYPタグ / OFF-ON-OFF型蛍光プローブ / タンパク質分解 / 蛍光スイッチ分子
研究実績の概要

超解像イメージング技術の一つであるRESOLFTは、光照射により蛍光強度を変化させる蛍光スイッチ分子を用いて分解能を向上させる手法である。これまで、蛍光スイッチ機能を持つ蛍光タンパク質や合成プローブが開発されてきたが、光安定性が低いことや添加剤が必要であるなどの問題が指摘されていた。そこで本研究では、光安定性の高い蛍光色素を用いた、還元剤を必要とせずに蛍光強度制御が可能な蛍光スイッチング分子の設計・合成・開発を行った。
蛍光スイッチング分子を開発するうえで、アリルアゾピラゾール(AAP)というフォトクロミック分子に着目した。AAPは、光照射により、E-Z異性化を引き起こす。AAPの重要な点は、異性化反応が、異なる波長の光照射によってのみ起こり、熱異性化は起こらないということである。そこで、AAPを光照射により構造制御可能なリンカーとして用い、その両端に蛍光色素と消光基を繋いだ分子を設計した。この分子では、AAPがZ体であるときのみ蛍光色素は消光基と会合し消光し、E体に構造変化すると蛍光色素と消光基が空間的に離れるため、会合消光が解消される。蛍光色素としては光安定性の高いTAMRAを、消光基としては、TAMRAの蛍光を会合消光できることの分かっているジニトロベンゼン(DNB)を選択した。
分子力学計算を利用し、AAPと色素もしくはDNBの間の最適なリンカー構造を決定し、三つのプローブを開発した。そのうちの一つのSC1は光照射により、蛍光強度が50%低下した。更に、365 nmと530 nmの光を交互に繰り返し照射したところ、蛍光強度の可逆的な増減が観測された。光照射回数によらず、観測される蛍光強度に変化はなかった。以上の結果から、光安定性が高く添加物なしで蛍光強度を制御できる蛍光スイッチング分子の開発に成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 2件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Development of Fluorogenic Probes for Rapid High-Contrast Imaging of Transient Nuclear Localization of Sirtuin 32020

    • 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

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 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 Switch2020

    • 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

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Engineered Protein-tag for Rapid Live-cell Fluorogenic Visualization of Proteins by Anionic Probes2020

    • 著者名/発表者名
      Gao J, Hori Y, Nishiura M, Bordy M, Hasserodt J, Kikuchi K
    • 雑誌名

      Chem Lett

      巻: 49 号: 3 ページ: 232-235

    • DOI

      10.1246/cl.190875

    • NAID

      130007805930

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Rapid no-wash labeling of PYP-tag proteins with reactive fluorogenic ligands affords stable fluorescent protein conjugates for long-term cell imaging studies2020

    • 著者名/発表者名
      Kumar N, Hori, Y. Nishiura M, Kikuchi K
    • 雑誌名

      Chem Sci

      巻: 11 号: 14 ページ: 3694-3701

    • DOI

      10.1039/d0sc00499e

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of photoswitchable fluorescent molecules using arylazopyrazole2020

    • 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

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of an effective protein-labeling system based on smart fluorogenic probes2019

    • 著者名/発表者名
      Reja SI, Minoshima M, Hori Y, Kikuchi K
    • 雑誌名

      J Biol Inorg Chem

      巻: 24 号: 4 ページ: 443-455

    • DOI

      10.1007/s00775-019-01669-y

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoactive yellow protein and its chemical probes: an approach to protein labelling in living cells2019

    • 著者名/発表者名
      Kumar N, Hori Y, Kikuchi K
    • 雑誌名

      J Biochem

      巻: 166 号: 2 ページ: 121-127

    • DOI

      10.1093/jb/mvz051

    • NAID

      40021974863

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemical Tools with Fluorescence Switches for Verifying Epigenetic Modifications2019

    • 著者名/発表者名
      Hori Y, Kikuchi K
    • 雑誌名

      Acc Chem Res

      巻: 52 号: 10 ページ: 2849-2857

    • DOI

      10.1021/acs.accounts.9b00349

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Live‐Cell Imaging of DNA Methylation Based on Synthetic‐Molecule/Protein Hybrid Probe2018

    • 著者名/発表者名
      Kumar Naresh、Hori Yuichiro、Kikuchi Kazuya
    • 雑誌名

      The Chemical Record

      巻: 18 号: 12 ページ: 1672-1680

    • DOI

      10.1002/tcr.201800039

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 蛍光スイッチ機能を持つ エピジェネティクス可視化ツールの開発2018

    • 著者名/発表者名
      堀 雄一郎
    • 学会等名
      第91回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of Fluorogen/Protein Hybrid Probes for Imaging Endogenous Biomolecules2018

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Hori
    • 学会等名
      Institute for Protein Research International Seminar “Frontiers in Peptide Science 2018”
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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