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生命分子機能を、時空間を制御して解明する設計分子プローブ

公募研究

研究領域生命分子システムにおける動的秩序形成と高次機能発現
研究課題/領域番号 26102529
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
審査区分 理工系
研究機関大阪大学

研究代表者

菊地 和也  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70292951)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード化学プローブ / 蛋白質ラベル化 / オートファジー / BL-tag / 低pH
研究実績の概要

本研究では、細胞内生体分子を時間と空間を制御して可視化し、細胞レベルでの機能解明に取り組んだ。蛋白質の機能解析では目的蛋白質を蛍光蛋白質と融合発現させて蛍光観察する手法が一般的であるが、発現タイミングや発現強度の制御は容易でなく、詳細な時間と局在解明に対応した技術を創り出す研究は皆無であった。そこで、蛍光プローブを目的蛋白質に集積化させる技術の開発を進め、細菌由来の酵素(β-lactamase)変異体(BL-tag)を使った新規蛋白質ラベル化法を開発した。
さらにこのラベル化法を用い、細胞内のpH低下部位のみを可視化できる技術へと応用展開した。具体的にはpHに応答した蛍光OFF/ONスイッチ機能と、標的タンパク質に特異的に集積化する機能を兼ね備えた分子プローブを設計、合成した。このプローブは細胞内の蛋白質に特異的に集積し、細胞内低pH環境下の蛍光イメージングに利用できることが判明したため、このプローブを使ってオートファジーのイメージングを行った。オートファジーは細胞が飢餓状態に陥ると発揮される、分子そして細胞細内小器官の分解過程である。これまでに、蛍光蛋白質を用いてオートファゴソーム(分解系)形成をイメージングする試みは行われてきたが、実際に分解系が機能するタイミングを可視化することはできなかった。本アプローチでは、分解系を形成する蛋白質にpH感受性プローブを集積化することにより、分解系が形成されると初めて発蛍光する実験系を構築することに成功した。機能分子(pHプローブ)を発現場所を限局した蛋白質に組み込むことで初めて可能となる可視化手法であり、経時的にオートファゴソーム形成を初めてイメージング出来ることを示した。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Real-time Intravital Imaging of pH Variation Associated with Osteoclast Activity2016

    • 著者名/発表者名
      H. Maeda, T. Kowada, J. Kikuta, M. Furuya, M. Shirazaki, S. Mizukami, M, Ishii & K. Kikuchi
    • 雑誌名

      Nature Chemical Biology

      巻: 12

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Design of a Protein tag and Fluorogenic Probe with Modular Structure for Live-Cell Imaging of Intracellular Proteins2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamikawa, Y. Hori, K. Yamashita, L. Jin, S. Hirayama, D.M. Standley & K. Kikuchi
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 7 号: 1 ページ: 308-314

    • DOI

      10.1039/c5sc02351c

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Redesign of Fluorogenic Labeling System to Improve Surface Charges, Brightness, and Binding Kinetics for Imaging Functional Localization of Bromodomains2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Hori, S. Hirayama, M. Sato & K. Kikuchi
    • 雑誌名

      Angewante Chemie International Edition

      巻: 54 号: 48 ページ: 14368-14371

    • DOI

      10.1002/anie.201506935

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] BODIPY-based probes for the fluorescence imaging of biomolecules in living cells2015

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Kowada, Hiroki Maeda, Kazuya Kikuchi
    • 雑誌名

      Chemical Society Reviews

      巻: - 号: 14 ページ: 4953-4972

    • DOI

      10.1039/c5cs00030k

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Actavataqble 19F MRI nanoparticle probes for the detection of reducing environments2015

    • 著者名/発表者名
      Nkamura, T., Matsushita, H., Sugihara, F., Yoshioka, Y., Mizukami, S. and Kikuchi, K.
    • 雑誌名

      Angewandte Chemi International Edition

      巻: 54 号: 3 ページ: 1007-1010

    • DOI

      10.1002/anie.201409365

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Intramolecular Long-distance Nucleophilic Reactions as a Rapid Fluorogenic Switch Applicable to Detection of Enzymatic Activity2015

    • 著者名/発表者名
      Reisuke BABA, Yuichiro HORI, Kazuya KIKUCHI
    • 雑誌名

      Chem. Eur. J.

      巻: 21 号: 12 ページ: 4695-4702

    • DOI

      10.1002/chem.201406093

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Development of a Fluorogenic Probe Based on a DNA Staining Dye for Continuous Monitoring of the Histone Deacetylase Reaction2014

    • 著者名/発表者名
      M. Minoshima, T. Matsumoto, and K. Kikuchi
    • 雑誌名

      Anal. Chem.

      巻: 86 号: 15 ページ: 7925-7930

    • DOI

      10.1021/ac501881s

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Development of Multifunctional 19F MRI Contrast Agents with Fluorine-encapsulated Silica Nanoparticle2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Kikuchi
    • 学会等名
      Pacifichem2015
    • 発表場所
      Honolulu, HI, USA
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Highly Sensitive 19F MRI Probes with Tunable Chemical Switches Using Metal Complexes2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Kikuchi
    • 学会等名
      ICBIC-17, International Conference on Biological Inorganic Chemistry
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2015-07-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of Multifunctional 19F MRI Contrast Agents with Fluorine-encapsulated Silica Nanoparticle2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Kikuchi
    • 学会等名
      13th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry (ISABC13)
    • 発表場所
      Galway, Ireland
    • 年月日
      2015-06-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Intracellular Protein Labeling by Functional Probes with Tunable Chemical Switches2014

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Kikuchi
    • 学会等名
      Labeling and Nanoscopy
    • 発表場所
      German Cancer Research Center (Gemany)
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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