生きている状態での生理活性種の画像化

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12877381
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 長野 哲雄 東京大学, 大学院・薬学系研究科, 教授 (20111552)
• 研究分担者: 樋口 恒彦 名古屋市立大学, 薬学部, 教授 (50173159)
• キーワード: バイオイメージング / PET / FRET / プローブ / 蛍光 / 蛍光顕微鏡 / 一重項酸素 / カスパーゼ

研究概要

本研究では"生きた状態"での生理活性種の機能解析を最終目的に生体の画像化(バイオイメージング)を行うが,そのためのプローブとなる新規化合物を創製した。はじめにプローブ設計の指針となる原理の開発を行い、それに基づいて種々検討した結果、今回2種の生理活性小分子プローブの開発に成功した。
A)Photoinduced Electron Transferメカニズムを原理とした画像化プローブの開発
この研究(A)では上記メカニズムに基づき種々検討とした結果、活性酸素種である一重項酸素を特異的に検出できるプローブ試薬の開発に成功した.一重項酸素は化学的には古くより多くの有機化学者、物理化学者によりその物性および化学的特性について検討が加えられてきたが、生体における作用すなわち生理的意義については混沌とした状態にあった。今回世界で初めて一重項酸素を高感度で細胞中から捉えることが出来るプローブが開発できたことはこの分野の研究に特段の進歩をもたらす事は疑いない。
B)Fluorescence Resonance Energy Transfer(FRET)メカニズムを原理とした画像化プローブの開発
このプロジェクトでは加水分解酵素Caspaseのバイオイメージング蛍光プローブの開発に成功した。FRETを原理としてCaspaseなどの加水分解酵素のバイオイメージングプローブが開発できる と考え、プローブとなるペプチド化合物をデザイン合成した。すなわち2種の蛍光化合物をつなぐスペーサー上にCaspaseにより特異的に切断可能なペプチド結合を挿入、Caspaseにより切断されると蛍光波長が変化する。それをモニターすることで結果的にCaspaseを捉えることができるようになった。この手法は他の加水分解酵素のプローブ開発にも応用可能である。

研究成果

• [文献書誌] Tomoya Hirano: "Novel Zinc Fluorescent Probes Excitable with Visible Light for Biological Applications"Angewandte Chemie, Int.Ed.. 39. 1052-1054 (2000)
• [文献書誌] Mitsunori Koresawa: "Development of Time-resolved Fluorometric Detection System Using Diffusion-enhanced Energy Transfer"Analytical Chemistry. 72. 4904-4907 (2000)
• [文献書誌] Yasutomo Kawanishi,: "Design and Synthesis of Intramolecular Resonance Energy Transfer Probes for Use in Aqueous Solution"Angewandte Chemie, Int.Ed.. 39. 3438-3440 (2000)
• [文献書誌] Tomoya Hirano: "Highly Zinc-Selective Fluorescent Sensor Molecules Suitable for Biological Applications"J.Am.Chem.Soc.. 122. 12399-12400 (2000)
• [文献書誌] Noriyuki Suzuki: "First Synthetic NO-heme-thiolate Complex Relevant to Nitric Oxide Synthase and Cytochrome P450nor"J.Am.Chem.Soc.. 122. 12059-12062 (2000)
• [文献書誌] Ken-ichi Setsukinai: "Fluorescence Switching by O-dearylation of 7-Aryloxycoumarines. -Development of Novel Fluorescence Probes to Detect Reactive Oxygen Species with High Selectivity-"J.Chem.Soc.,Perkin Transaction 2. 2453-2457 (2000)
• [文献書誌] Yoshinori Itoh: "Determination and Bioimaging Method for Nitric Oxide in Biological Specimens by Diaminofluorescein Fluorometry"Analytical Biochemistry. 287. 203-209 (2000)
• [文献書誌] Hideo Takakusa: "Intramolecular Fluorescence Resonance Energy Transfer System with Coumarin Donor Induced in β-Cyclodextrin"Analytical Chemistry. (in press).
• [文献書誌] Hirotatsu Kojima: "Visualization of Oxygen Concentration-dependent Production of Nitric Oxide in Rat Hippocampal Slices during Aglycemia"J.Neurochem.. (in press).
• [文献書誌] Takanari Inoue: "Small Molecule-based Laser Inactivation of Inositol 1,4,5-Triphoaphate Receptor"Chemistry and Biology. (in press).
• [文献書誌] Hirotatsu Kojima: "Bioimaging of Nitric Oxide with Fluorescent Indicators Based on Rhodamine Chromophore"Analytical Chemistry. (in press).
• [文献書誌] Kumi Tanaka: "Rational Design of Fluorescein-based Fluorescence Probes. -Mechanism-based Design of a Maximum Fluorescence Probe for Singlet Oxygen-"J.Am.Chem.Soc.. (in press).