創薬・医学研究への応用を目指した蛍光プローブのデザイン・合成・応用

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H05099
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 花岡 健二郎 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (70451854)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 薬学 / 分析科学 / 生体分子 / 分子認識 / 有機化学 / 蛍光プローブ / 蛍光イメージング / 阻害剤スクリーニング

研究実績の概要

本研究では、研究代表者らがこれまでに確立してきた蛍光プローブのデザイン・合成の技術を「創薬・臨床医学の研究分野」を出口として応用することを目指し、①低酸素環境を検出する蛍光プローブの開発とその応用、②グルコーストランスポーター(GLUT)を介して細胞内に取り込まれる蛍光プローブの開発と応用、③硫化水素(H2S)及びサルフェン硫黄の産生酵素に対する阻害剤の探索、の3つの研究項目を行う。これによって、疾患の蛍光イメージングの研究分野及び、蛍光プローブを用いた疾患関連酵素の阻害剤ハイスループットスクリーニング(HTS)の研究分野を大きく進展させることを目的としている。
平成29年度は、研究項目①及び②については、蛍光プローブの更なる構造の最適化を、研究項目③については、見出した新たな阻害剤の精査及び生物学研究への応用を行った。
①については、開発した低酸素環境を検出する近赤外蛍光プローブをマウスの肝臓及び腎臓での低酸素モデルへと応用したところ、これら臓器での低酸素状態を蛍光イメージングすることに成功した。②については、緑色蛍光を持ち、GLUTを介して効率良く細胞内に取り込まれるグルコサミンにTokyoGreenを結合させた化合物を、細胞内に取り込まれて初めて蛍光を発する蛍光プローブへと誘導体化を行った。③については、これまでに研究代表者らが開発したH2S検出蛍光プローブHSip-1(J. Am. Chem. Soc., 133, 18003-18005 (2011))を用いて見出した新たな3MST阻害剤(Sci. Rep. 7:40227 (2017))を共同研究を通してその有用性を評価している。さらに、新たに開発したサルフェン硫黄を検出する蛍光プローブ(Chem. Commun., 53, 1064-1067 (2017))について共同研究を通して、その有用性を示した。

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

平成29年度は、目標に掲げた3つの研究項目：①低酸素環境を検出する蛍光プローブの開発とその応用、②グルコーストランスポーター(GLUT)を介して細胞内に取り込まれる蛍光プローブの開発と応用、③硫化水素(H2S)及びサルフェン硫黄の産生酵素に対する阻害剤の探索、について、①については実用的な蛍光プローブの開発に成功し、②については、プロトタイプのプローブのoff/on機能性化に成功し、③についてはハイスループットスクリーニングによって見出した新たな3MST阻害剤の阻害機構の詳細な検討及び、共同研究を通した阻害剤の生物学研究への応用を行っていることから、当初の研究計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

平成29年度は当初の研究計画以上に進展したため、今後は当初の予定通りに研究計画を進めると共に、それら成果の論文化及び、開発した蛍光プローブや阻害剤を広く研究者へと供与することで、開発したケミカルツールが真に有用であることを示していく。

研究成果

• [国際共同研究] Massachusetts General Hospital(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Massachusetts General Hospital
• [雑誌論文] Establishment of Molecular Design Strategy To Obtain Activatable Fluorescent Probes for Carboxypeptidases (2018)
  • 著者名/発表者名: Yugo Kuriki, Mako Kamiya, Hidemasa Kubo, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Ryo Tachibana, Kento Hayashi, Kenjiro Hanaoka, Suguru Yamashita, Takeaki Ishizawa, Norihiro Kokudo, Yasuteru Urano
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 140 ページ: 1767-1773
  • DOI: 10.1021/jacs.7b11014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Silicon-substituted Xanthene Dyes and their Unique Photophysical Properties for Fluorescent probes (2017)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Ikeno, Tetsuo Nagano, Kenjiro Hanaoka
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 12 ページ: 1435-1446
  • DOI: 10.1002/asia.201700385
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Practical Red Fluorescent Probe for Cytoplasmic Calcium Ions with Greatly Improved Cell-membrane Permeability (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Hirabayashi, Kenjiro Hanaoka, Takahiro Egawa, Chiaki Kobayashi, Shodai Takahashi, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Takuya Terai, Yuji Ikegaya, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • 雑誌名: Data in Brief 巻: 12 ページ: 351-357
  • DOI: 10.1016/j.dib.2017.04.011
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fluorescence Detection of Serum Albumin with a Turnover-based Sensor Utilizing Kemp Elimination (2017)
  • 著者名/発表者名: Shingo Sakamoto, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Kenjiro Hanaoka, Yasuteru Urano
  • 雑誌名: Bioorg. Med. Chem. Lett. 巻: 27 ページ: 3464-3467
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2017.05.076
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorescent Probes and Selective Inhibitors for Biological Studies of Hydrogen Sulfide- and Polysulfide-Mediated Signaling (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoko Takano, Honami Echizen, Kenjiro Hanaoka
  • 雑誌名: Antioxid. Redox Signal. 巻: 27 ページ: 669-683
  • DOI: 10.1089/ars.2017.7070
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Polysulfides (H2Sn) Produced from the Interaction of Hydrogen Sulfide (H2S) and Nitric Oxide (NO) Activate TRPA1 Channels (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryo Miyamoto, Shin Koike, Yoko Takano, Norihiro Shibuya, Yuka Kimura, Kenjiro Hanaoka, Yasuteru Urano, Yuki Ogasawara, Hideo Kimura
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 7 ページ: 45995
  • DOI: 10.1038/srep45995
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydrogen Sulfide Donor Micelles Protect Cardiomyocytes from Ischemic Cell Death (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoka Takatani-Nakase, Miku Katayama, Chihiro Matsui, Kenjiro Hanaoka, Andre J. van der Vlies, Koichi Takahashi, Ikuhiko Nakase, Urara Hasegawa
  • 雑誌名: Mol. Biosys. 巻: 13 ページ: 1705-1708
  • DOI: 10.1039/C7MB00191F
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of an Azo-based Photosensitizer Activated under Mild Hypoxia for Photodynamic Therapy (2017)
  • 著者名/発表者名: Wen Piao, Kenjiro Hanaoka, Tomotsumi Fujisawa, Satoshi Takeuchi, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Takuya Terai, Tahei Tahara, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 ページ: 13713-13719
  • DOI: 10.1021/jacs.7b05019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular imaging of aberrant crypt foci in the human colon targeting glutathione S-transferase P1-1 (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Muguruma, Koichi Okamoto, Tadahiko Nakagawa, Katsutaka Sannomiya, Shota Fujimoto, Yasuhiro Mitsui, Tetsuo Kimura, Hiroshi Miyamoto, Jun Higashijima, Mitsuo Shimada, Yoko Horino, Shinya Matsumoto, Kenjiro Hanaoka, Tetsuo Nagano, Makoto Shibutani, Tetsuji Takayama
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 7 ページ: 6536
  • DOI: 10.1038/s41598-017-06857-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An Activatable Photosensitizer Targeted to γ-Glutamyltranspeptidase (2017)
  • 著者名/発表者名: Mayumi Chiba, Yuki Ichikawa, Mako Kamiya, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Kenjiro Hanaoka, Tetsuo Nagano, Norbert Lange, Yasuteru Urano
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 56 ページ: 10418-10422
  • DOI: 10.1002/anie.201704793
  • 査読あり
• [学会発表] Development of Silicon-substituted Fluorophores and their Application to Fluorescence Probes (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenjiro Hanaoka
  • 学会等名: RACI Centenary Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of far-red to near-infrared fluorophores and their Applications to Fluorescent probes for hypoxia (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenjiro Hanaoka
  • 学会等名: Federation of Asian Society for Molecular Imaging (FASMI)2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of an activatable photoacoustic probe for hypochlorous acid (2017)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Ikeno, Kenjiro Hanaoka, Yoshiaki Murayama, Hisashi Ode, Yasuteru Urano
  • 学会等名: Federation of Asian Society for Molecular Imaging (FASMI)2017
  • 国際学会
• [学会発表] Development of far-red to near-infrared small-molecules fluorophores and their application to fluorescence probes (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenjiro Hanaoka
  • 学会等名: ICBS 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of an activatable photoacoustic probe for hypochlorous acid (2017)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Ikeno, Kenjiro Hanaoka, Yoshiaki Murayama, Hisashi Ode, Yasuteru Urano
  • 学会等名: The Second International Symposium on Biofunctional Chemistry (ISBC 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] 活性イオウ分子Sulfane sulfurを可逆的に検出する蛍光プローブの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 花岡 健二郎、高野 陽子、島本 一史、長野 哲雄、浦野 泰照
  • 学会等名: 第17回日本NO学会学術集会
• [学会発表] H2S産生酵素3MSTの選択的阻害剤の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 花岡 健二郎、篠倉 潔、浦野 泰照、長野 哲雄
  • 学会等名: 第17回日本NO学会学術集会
• [学会発表] 腫瘍組織を短いタイムスケールで観察可能な近赤外蛍光葉酸受容体検出蛍光プローブの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 花岡 健二郎、沼澤 宏治、齋藤 奈央子、山口 良文、三浦 正幸、長野 哲雄、浦野 泰照
  • 学会等名: 第12回分子イメージング学会学術集会
• [学会発表] Activatable型HOCl検出光音響プローブの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 池野 喬之、花岡 健二郎、村山 義彰、大出 寿、浦野 泰照
  • 学会等名: 第12回分子イメージング学会学術集会
• [学会発表] 次亜塩素酸検出光音響プローブの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 池野 喬之、花岡 健二郎、村山 義彰、大出 寿、浦野 泰照
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会 第12回年会
• [学会発表] ケイ素置換キサンテン蛍光団から拓く蛍光プローブの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 花岡 健二郎
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 次亜塩素酸検出光音響プローブの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 池野喬之、花岡健二郎、村山義彰、大出寿、浦野泰照
  • 学会等名: 第11回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] 長波長Ca2+蛍光プローブの分子設計および開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 花岡 健二郎
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「シグナル動態の可視化と操作に基づく多階層機能解析の新展開」
• [学会発表] H2S産生酵素3MSTの選択的阻害剤の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 花岡健二郎、篠倉潔、長野哲雄、浦野泰照
  • 学会等名: 第35回メディシナルケミストリーシンポジウム
• [学会発表] 新規消光団の創製から拓くイメージングプローブの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 花岡 健二郎
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会
  • 招待講演
• [学会発表] シッフ塩基形成を利用したイオウ分子産生酵素阻害剤の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 越膳ほなみ、花岡健二郎、島本一史、日比亮太、藤間祥子、清水敏之、浦野泰照
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会
• [学会発表] シッフ塩基形成を利用したcystathionine γ-lyase（CSE）阻害剤の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 越膳ほなみ、花岡健二郎、島本一史、浦野泰照
  • 学会等名: 新学術領域「柔らかな分子系」第6回全体合同会議
• [学会発表] シッフ塩基形成を利用したcystathionine γ-lyaseの阻害剤の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 越膳ほなみ, 花岡 健二郎, 浦野 泰照
  • 学会等名: 2017年第8回スクリーニング学研究会
• [学会発表] 新規蛍光団の創製から拓く蛍光イメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 花岡 健二郎
  • 学会等名: 分野横断ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 後期エンドソームpHを定量可能なレシオ型蛍光プローブの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 溝口舞、花岡健二郎、鏡味優、北沢裕、内山真伸、浦野泰照
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会
• [図書] レドックス疾患学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 花岡 健二郎、浦野 泰照
  • 総ページ数: 216-224
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 978-4-7581-0369-5
• [備考] 薬品代謝化学教室ホームページ
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~taisha/index.html