| 研究課題/領域番号 |
15KK0029
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
金 誠培 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 環境管理研究部門, 主任研究員 (60470043)
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| 研究期間 (年度) |
2016 – 2018
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| キーワード | 生物発光 / 発光プローブ / 分子イメージング / リガンド / ルシフェラーゼ / セレンテラジン / 化学物質 / 一分子型生物発光プローブ |
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| 研究実績の概要 |
化学物質により起こる代表的な細胞内分子イベントは何れも病理現象と深く関係している。本研究ではこの科研費研究により開発した「「化学物質の生理活性」可視化プラットフォーム」を活用し「化学物質による分子イベント→定量化→病理現象との相関性解明」に資する環境・医学連携研究を実施することを目的とする。このために、この分野で世界的な技術力と実績を持っているアメリカ・スタンフォード大学医学部の分子イメージングプログラム（MIPS）と国際共同研究を実施することになった。
この共同研究を実施するために渡米する前に、化学物質の生理活性評価システムの発光性能を上げる研究を進めた。その一環として、高い発光性能を持つ発光基質類（coelenterazine）を新規合成し、特定発光酵素に非常に高い選択性を持つ発光基質の合成に成功した。その成果をScientific Reports (NPG)に報告した。それ以外にも動物組織透過性の高い赤色を発する発光基質の開発研究を進め、現在論文纏め中である。また、従来より高い発光性能を持つ新規人工生物発光酵素類（ALuc）を開発し、その成果も発表のために論文纏め中である。
これらの成果物を組み合わせることにより、高い発光性能を持つ「化学物質の生理活性評価システム」の完成が期待できる。このシステムを今後、スタンフォード大学医学部の動物実験系に用いることにより、高い性能で化学物質の生理活性評価ができることを期待している。
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| 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
「化学物質が持つ生理活性（ホルモン様活性や炎症誘発性など）」を評価するシステムは大変挑戦的な課題であり、前向きな結果を得ることはなかなか難しいものである。当研究では大胆にも、発光酵素の基質を合成し、それに蛍光色素を繋げることで、（１）発光性能の向上と（２）組織透過性の高い発光を発するシステムを開発してきた。これらの成果論文は既にNature姉妹紙に今年度掲載されており、その後続論文の投稿を準備中である。この成果により、今までできなかった、発光酵素のピンポイントイメージングやマルチカラーイメージングシステムの構築ができるようになった。今後の化学物質生理活性の高速・高感度スクリーニングへの重要な一歩である。上述した研究以外にも、化学物質の生理活性評価の重要なcriteriaの一つである、レチノイン酸系列の一分子型生物発光プローブも開発中であり、近い内に成果が期待できる。
これらの綿密な事前準備を基に、2016年度末に実際に渡米し、スタンフォード大学医学部で安定的な研究活動を行っている。
上述した研究成果等を踏まえ、「当初の成果以上に進展している」ものと自評する。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究方向としては、当該目標としていた「環境・医学連携」により、化学物質生理活性の発光信号化から病理現象解明に至る技術的空白を埋めると共に、従来の生死判別法やレポーターアッセイ等にしか依存できなかった化学物質の生理活性評価技術の飛躍的な進歩」を目指した研究課題を遂行する。
より具体的には、今後の研究方向として、主に以下の３つのルートで当該研究を進めていく：（１）発光イメージングの基礎材料基盤を更に強化する（基礎領域）。基礎発光材料の性能改善は、化学物質生理活性評価システム全体の性能改善に繋がる。そのため、前年度に続いて、より高性能な発光基質の有機合成を行うとともに、より高性能な人工生物発光酵素の開発を目指していく。（２）化学物質の生理活性を評価する一分子型生物発光プローブの開発と性能向上を行う（基礎応用領域）。前述した基礎発光材料・酵素開発の成果を、実際の一分子型生物発光プローブに適用することにより、性能向上を模索するとともに、プローブそのものの分子設計を最適化することにより、化学物質生理活性のイメージング性能を改善する。（３）前述成果を生細胞・生体イメージング・8チャンネル光検出装置等に応用する（応用領域）。このような研究戦略により、基礎領域で開発した発光酵素や基質を基に高性能な一分子型生物発光プローブが期待できる。これらを実際に化学物質に曝露したマウスに適用することにより、化学物質の生理活性評価を動物や高速スクリーニング系に拡張するなど、挑戦的な研究課題の解決を目指す。
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