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2015 年度 実績報告書

新しいスイッチング機構に基づく高精度蛍光イメージングプローブの開発

計画研究

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 15H05951
研究機関東京大学

研究代表者

神谷 真子  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (90596462)

研究期間 (年度) 2015-06-29 – 2020-03-31
キーワード超解像イメージング / 蛍光プローブ
研究実績の概要

平成27年度においては、「超解像イメージング」に対する機能性蛍光プローブの開発に注力して研究を進めた。具体的には、我々の研究グループでこれまでに開発した自発的に光明滅する超解像イメージングプローブの分子設計法をさらに拡張することで、多色・多機能な超解像イメージングプローブの開発を目指した。
1.「分子内スピロ環化平衡」に基づく超解像イメージングプローブの多色化
これまでに確立した分子内スピロ環化平衡に基づく分子設計法に則り、自発的に光明滅する超解像イメージングプローブの多色化を図った。具体的には、様々な分子内求核基と蛍光団(求電子基)を有する誘導体を合成しその光学特性を評価することで、適切な特性を示す誘導体の探索を行った。その結果、キサンテン系色素の10位元素と、3,6位アミノ基の置換基を最適化することで、488 nmレーザーで励起可能な誘導体1と561 nmレーザーで励起可能な誘導体2の二つの候補骨格の探索に成功した。次に、上記候補誘導体のうち、より蛍光性の高かった誘導体1を用い、超解像画像の構築が可能か検討した。つまり、誘導体1をラベル化した抗体を用いて固定細胞の微小管を免疫染色し、全反射顕微鏡での測定を行った。その結果、誘導体1はチオールや脱酸素剤などの添加物を加えない温和な条件下で自発的な光明滅を繰り返し、超解像画像を構築できることを確認した。
2.「分子間求核付加反応」に基づく超解像イメージングプローブの開発
当研究室において見出した蛍光団と細胞内求核分子(水、アミノ酸、グルタチオンなど)との間の「分子間求核付加反応」を新たな光明滅機構として活用することを考え、種々の置換基を有するパイロット化合物を合成した。さらに、蛍光性フォームと無蛍光性フォームの存在比率や、分子間求核付加速度定数を算出し、分子設計の指針を得た。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

分子内スピロ環化平衡や分子間求核付加反応を最適化することで新たに開発した色素は、我々の研究グループでこれまでに開発したブリンキング色素と分離可能な吸収・蛍光スペクトルを有する。また、チオールや脱酸素剤などの添加物や強い励起光照射無しに自発的にブリンキングする性質を保持しているため、生理的条件下で複数の標的蛋白質を多色かつ超解像度で観察することが可能になると期待される。これらの成果は当初目標としていた平成27年度の計画に沿った成果であったため、上記の評価とした。

今後の研究の推進方策

1.「分子内スピロ環化平衡」に基づく超解像イメージングプローブの多色化
平成27年度の検討で見出された誘導体1と誘導体2に、SNAP-tag・Hal-tagなどのタグ蛋白質の基質部位を導入した化合物を合成する。さらに、標的蛋白とタグ蛋白の融合蛋白を発現させた細胞に適用することで、細胞膜透過性、標的蛋白へのラベル化速度や特異性を評価する。同時に、超解像画像が構築可能か、またその時空間分解も評価する。また、タグ蛋白との反応前はブリンキング機能が抑えられているが、タグ蛋白との反応後に初めてブリンキング機能が回復する分子の開発も試みる。
2.「分子間求核付加反応」に基づく超解像イメージングプローブの開発
平成27年度に評価した化合物の更なる構造展開を行い、蛍光性フォームと無蛍光性フォームの存在比率や、光明滅速度定数などのパラメータの最適化を図る。例えば、従来までの色素では数100 ms であった蛍光性状態の平均寿命が数~数10 ms 程度となるよう、蛍光団の求電子性を制御することで、高速での超解像イメージングに適したプローブ開発を目指す。このような検討により、高速かつライブセルでの多色超解像イメージングに資する分子の開発を目指す。
3.ストレスイメージングに資する蛍光プローブの開発
本新学術研究領域が掲げる主課題のうち、ストレスイメージングに対するプローブの開発にも着手する。具体的には、最近我々が見出した光照射による分子間求核付加反応の非平衡化現象を活用し、酸化ストレスに関連する細胞内生体分子の濃度変動を繰り返しかつ定量的に測定可能なプローブの開発を目指し検討を開始する。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (15件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Systemically Injectable Enzyme-Loaded Polyion Complex Vesicles as In Vivo Nanoreactors Functioning in Tumors.2016

    • 著者名/発表者名
      Anraku Y, Kishimura A, Kamiya M, Tanaka S, Nomoto T, Toh K, Matsumoto Y, Fukushima S, Sueyoshi D, Kano MR, Urano Y, Nishiyama N, Kataoka K.
    • 雑誌名

      Angew Chem Int Ed Engl.

      巻: 55 ページ: 560-565

    • DOI

      10.1002/anie.201508339

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Asymmetric Rhodamine-Based Fluorescent Probe for Multicolour In Vivo Imaging.2016

    • 著者名/発表者名
      Iwatate RJ, Kamiya M, Urano Y.
    • 雑誌名

      Chemistry A European Journal

      巻: 22 ページ: 1696-1703

    • DOI

      10.1002/chem.201503426.

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Novel Hexosaminidase-Targeting Fluorescence Probe for Visualizing Human Colorectal Cancer.2016

    • 著者名/発表者名
      Matsuzaki H, Kamiya M, Iwatate RJ, Asanuma D, Watanabe T, Urano Y.
    • 雑誌名

      Bioconjug Chem

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1021/acs.bioconjchem.6b00037

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A guide to use photocontrollable fluorescent proteins and synthetic smart fluorophores for nanoscopy2015

    • 著者名/発表者名
      Uno SN, Tiwari DK, Kamiya M, Arai Y, Nagai T, Urano Y.
    • 雑誌名

      Microscopy

      巻: 64 ページ: 263-277

    • DOI

      10.1093/jmicro/dfv037

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rapid intraoperative visualization of breast lesions with γ-glutamyl hydroxymethyl rhodamine green2015

    • 著者名/発表者名
      Ueo H, et al
    • 雑誌名

      Sci Rep.

      巻: 5 ページ: 12080

    • DOI

      10.1038/srep12080.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis of chemical equilibrium of silicon-substituted fluorescein and its application to develop a scaffold for red fluorescent probes.2015

    • 著者名/発表者名
      Hirabayashi K, Hanaoka K, Takayanagi T, Toki Y, Egawa T, Kamiya M, Komatsu T, Ueno T, Terai T, Yoshida K, Uchiyama M, Nagano T, Urano Y
    • 雑誌名

      Anal Chem.

      巻: 87 ページ: 9061-9069

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.5b02331.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intraoperative visualization of pancreatic juice leaking from the pancreatic stump in a swine model.2015

    • 著者名/発表者名
      Mori K, Ishizawa T, Yamashita S, Kamiya M, Urano Y, Kokudo N.
    • 雑誌名

      Gastroenterology

      巻: 149 ページ: 1334-1336.

    • DOI

      10.1053/j.gastro.2015.07.068.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of a Sensitive Bioluminogenic Probe for Imaging Highly Reactive Oxygen Species in Living Rats.2015

    • 著者名/発表者名
      Kojima R, Takakura H, Kamiya M, Kobayashi E, Komatsu T, Ueno T, Terai T, Hanaoka K, Nagano T, Urano Y.
    • 雑誌名

      Angew Chem Int Ed Engl.

      巻: 54 ページ: 14768-14771

    • DOI

      10.1002/anie.201507530.

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Quantitating intracellular oxygen tension in vivo by phosphorescence lifetime measurement.2015

    • 著者名/発表者名
      Hirakawa Y, Yoshihara T, Kamiya M, Mimura I, Fujikura D, Masuda T, Kikuchi R, Takahashi I, Urano Y, Tobita S, Nangaku M.
    • 雑誌名

      Sci Rep

      巻: 5 ページ: 17838

    • DOI

      10.1038/srep17838.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 化学蛍光プローブの精密設計による革新的バイオイメージングツールの創製2016

    • 著者名/発表者名
      神谷真子
    • 学会等名
      日本薬学会 第136年会(薬学会奨励賞受賞講演)
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2016-03-29
  • [学会発表] 生細胞における酸性小胞のpH測定が可能な蛍光寿命イメージングプローブの開発2016

    • 著者名/発表者名
      國府田絹子、神谷真子、浦野泰照
    • 学会等名
      日本薬学会 第136年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2016-03-28
  • [学会発表] β-galactosidaseにより光増感能が回復する新規光増感剤の開発2016

    • 著者名/発表者名
      千葉真由美・神谷真子・浦野泰照
    • 学会等名
      日本薬学会 第136回年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2016-03-28
  • [学会発表] 癌細胞の精密可視化を目指した細胞内滞留性ペプチダーゼ蛍光プローブの 開発2016

    • 著者名/発表者名
      小原塁、神谷真子、浦野泰照
    • 学会等名
      日本薬学会 第136年回
    • 発表場所
      パシフィコ横浜 (神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2016-03-28
  • [学会発表] 化学プローブを精密にデザインして癌を光らせる!2016

    • 著者名/発表者名
      神谷真子、浦野泰照
    • 学会等名
      日本薬学会 第136年会(一般シンポジウム)
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2016-03-27
  • [学会発表] BODIPY-based photoremovable protective groups with improved photoreaction efficiency2016

    • 著者名/発表者名
      KAWATANI, Minoru; KAMIYA, Mako; URANO, Yasuteru
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学 京田辺キャンパス(京都府京田辺市)
    • 年月日
      2016-03-26
  • [学会発表] 細胞内グルタチオンとの求核付加・解離平衡反応を利用した超解像蛍光イメージングプローブの開発2016

    • 著者名/発表者名
      両角明彦、神谷真子、宇野真之介、梅澤啓太郎、吉原利忠、飛田成史、浦野泰照
    • 学会等名
      日本化学会 第96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学 京田辺キャンパス(京都府京田辺市)
    • 年月日
      2016-03-26
  • [学会発表] Development of Avidin-Fluorescent Probe Conjugate for Highly Sensitive and Specific Cancer Imaging2016

    • 著者名/発表者名
      YAMAMOTO, Kyoko; KAMIYA, Mako; URANO, Yasuteru
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学 京田辺キャンパス(京都府京田辺市)
    • 年月日
      2016-03-26
  • [学会発表] 新しいスイッチング機構に基づく高精度蛍光イメージングプローブの開発2016

    • 著者名/発表者名
      神谷真子、浦野泰照
    • 学会等名
      レゾナンスバイオ公開シンポジウム「Swinging on the Chromophore」
    • 発表場所
      KKR熱海 (静岡県熱海市)
    • 年月日
      2016-03-16
  • [学会発表] Activatable蛍光プローブの開発による癌蛍光イメージング2016

    • 著者名/発表者名
      神谷真子、浦野泰照
    • 学会等名
      「がん研究分野の特性等を踏まえた支援活動」 公開シンポジウム
    • 発表場所
      一橋講堂(学術総合センター2F)(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-02-09
  • [学会発表] Fluorescence-guided detection of tumors by aminopeptidase-activatable fluorescent probes2015

    • 著者名/発表者名
      Mako Kamiya, Yasuteru Urano
    • 学会等名
      BMB2015(第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会)
    • 発表場所
      神戸ポートピアホテル(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-12-03
  • [学会発表] Fluorescence-guided detection of tumors by glycosidase-activatable fluorescent probes2015

    • 著者名/発表者名
      Mako Kamiya, Daisuke Asanuma, Yasuteru Urano
    • 学会等名
      第74回日本癌学会学術総会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-10-08
    • 招待講演
  • [学会発表] Rapid human esophageal cancer detection by applying aminopeptidase-activatable fluorescence probes2015

    • 著者名/発表者名
      小野山温那、神谷真子、八木浩一、愛甲丞、西田正人、山下裕玄、野村幸世、瀬戸泰之、浦野泰照
    • 学会等名
      第74回日本癌学会学術総会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-10-08
  • [学会発表] 可逆的応答を示すグルタチオン感受性蛍光プローブの開発と生細胞イメージングへの展開2015

    • 著者名/発表者名
      梅澤啓太郎、吉田昌史、神谷真子、浦野泰照
    • 学会等名
      第9回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学工学部(熊本県熊本市)
    • 年月日
      2015-09-10
  • [学会発表] 異なるプロテアーゼ活性を持つがんのin vivo同時多色イメージングを可能とする蛍光プローブ群の開発2015

    • 著者名/発表者名
      岩立竜・神谷真子・浦野泰照
    • 学会等名
      第9回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学(熊本県熊本市)
    • 年月日
      2015-09-10

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公開日: 2017-01-06  

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