蛍光プローブライブラリーを用いた癌イメージング蛍光プローブの創製と創薬への展開

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16J09996
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 栗木 優五 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2016-04-22 – 2019-03-31
• キーワード: 蛍光プローブ / がんイメージング / カルボキシぺプチダーゼ

研究実績の概要

本年度は、がんイメージング蛍光プローブの効率的開発のためのプローブライブラリーの拡張に向けた研究を行った。具体的には、当初糖加水分解酵素を標的としたプローブライブラリーの構築を予定していたが、1)ライブラリー化の際に基質の多様性を出しやすいこと、2)がんへの関与が数多く報告されていること、3)様々なサブタイプが存在すること、といった観点から標的酵素群をカルボキシペプチダーゼに変更した。そこでその活性を検出する蛍光プローブのライブラリー創製を指向し、アクチベータブル型カルボキシぺプチダーゼ活性検出プローブの分子設計法の確立を行った。
カルボキシペプチダーゼの活性検出蛍光プローブは、①酵素に基質として認識されること、②酵素反応前後で蛍光が増大すること、の２点が必要である。前者は、既存のカルボキシペプチダーゼの標準基質であるヒプリルアミノ酸構造を蛍光団近傍に組み込むことで基質として認識されることを狙うこととした。後者は、プローブは基質であるアミノ酸が結合した状態において消光しており、酵素反応によって蛍光が回復する、という特性を有する必要がある。この酵素反応によって起こる化学構造の変化は、蛍光団側から見ると「アミド→カルボキシレート」の構造変化に対応する。一方で、この構造の変化で引き起こされる電子求引性の変化は小さく、ダイナミックな蛍光増大へと繋げることは難しいことが予想された。そこで、この電子求引性の変化を、分子内スピロ環化平衡の変化へと変換することでこの問題を解決できるのではないかと考えた。
上記の仮説に基づき、分子内スピロ環化平衡を引き起こす蛍光プロ―ブのデザイン、合成、および光学特性の評価を行った。検討の結果、分子内求核基を最適化することで望ましい光学特性を有する誘導体の取得に成功し、この構造を基に２つの酵素に対するアクチベータブル型蛍光プローブの開発に成功した。

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

当研究課題における目標の一つはプローブライブラリーを基盤としたがんイメージングプローブの効率的開発である。本年度確立したアクチベータブル型のカルボキシぺプチダーゼ活性検出蛍光プローブの分子設計法は、今後蛍光プローブライブラリー構築への展開が可能であり、この目的に対して大きく貢献することが予想される。また、これまでカルボキシぺプチダーゼの活性を生細胞・臨床検体でライブ検出した例はほとんどないため、開発したプローブを用いて新たな生物学的知見も得られることも期待できる。以上より、当初の計画以上に研究が進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

来年度は、本年度確立した分子設計をもとにカルボキシぺプチダーゼ活性検出蛍光プローブのライブラリーの構築を行う。その後、現在所有するアミノペプチダーゼ活性検出蛍光プローブライブラリーを含めて、様々な臨床検体に対して大規模スクリーニングを実施することで、新たながんイメージングプローブの開発を行う予定である。加えて、このスクリーニングによって抽出される疾患部位に特徴的な酵素活性を利用したプロドラッグ開発を行っていく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Discovery of Cell-type-specific and Disease-related Enzymatic Activity Changes via Global Evaluation of Peptide Metabolism (2017)
  • 著者名/発表者名: Jun Onagi, Toru Komatsu, Yuki Ichihashi, Yugo Kuriki, Mako Kamiya, Takuya Terai, Tasuku Ueno, Kenjiro Hanaoka, Hiroyuki Matsuzaki, Keisuke Hata, Toshiaki Watanabe, Tetsuo Nagano, and Yasuteru Urano
  • 雑誌名: Journal of American Chemical Society 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Meeting Proceedings ICBS2016 Translating the Power of Chemical Biology to Clinical Advances (2017)
  • 著者名/発表者名: Yugo Kuriki, Toru Komatsu, Peter D. Ycas, Sara K. Coulup, Erick J. Carlson, and William C. K. Pomerantz
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: -
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Rapid and sensitive detection of early esophageal squamous cell carcinoma with fluorescence probe targeting dipeptidylpeptidase IV (2016)
  • 著者名/発表者名: Haruna Onoyama, Mako Kamiya, Yugo Kuriki, Toru Komatsu, Hiroyuki Abe, Yosuke Tsuji, Koichi Yagi, Yukinori Yamagata, Susumu Aikou, Masato Nishida, Kazuhiko Mori, Hiroharu Yamashita, Mitsuhiro Fujishiro, Sachiyo Nomura, Nobuyuki Shimizu, Masashi Fukayama, Kazuhiko Koike, Yasuteru Urano and Yasuyuki Seto
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 6 ページ: 26399
  • DOI: 10.1038/srep26399
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 新規Activatable型Carboxypeptidase活性検出蛍光プローブの開発と応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 栗木優五、神谷真子、小松徹、上野匡、山下俊、國土典宏、浦野泰照
  • 学会等名: 日本薬学会第137年会
  • 発表場所: 東北大学川内キャンパス(宮城県仙台市)
  • 年月日: 2017-03-25 – 2017-03-27
• [学会発表] 蛍光プローブライブラリーの創製による新規がんイメージングの実現 (2017)
  • 著者名/発表者名: 栗木優五、神谷真子、小松徹、小野山温那、居軒和也、高丸博之、阿部清一郎、斎藤豊、瀬戸泰之、浦野泰照
  • 学会等名: 第4回先進イメージング研究会
  • 発表場所: 有馬グランドホテル（兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2017-02-20 – 2017-02-21
  • 招待講演
• [学会発表] A Novel cancer imaging technology by constructing a fluorescent probe library (2016)
  • 著者名/発表者名: Yugo Kuriki, Mako Kamiya, Haruna Onoyama, Toru Komatsu, Yasuyuki Seto, Yasuteru Urano
  • 学会等名: International Chemical Biology Society 2016
  • 発表場所: Madison, USA
  • 年月日: 2016-10-24 – 2016-10-26
  • 国際学会
• [学会発表] 蛍光プローブライブラリーの創製による新規がんイメージングの実現 (2016)
  • 著者名/発表者名: 栗木優五、神谷真子、小野山温那、小松徹、瀬戸泰之、浦野泰照
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市)
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [学会発表] 蛍光プローブライブラリーの創製による新規がんイメージングの実現 (2016)
  • 著者名/発表者名: 栗木優五、神谷真子、小松徹、居軒和也、高丸博之、阿部清一郎、斎藤豊、浦野泰照
  • 学会等名: 第48回若手ペプチド夏の勉強会
  • 発表場所: 大学セミナーハウス（東京都八王子市)
  • 年月日: 2016-07-31 – 2016-08-02
• [学会発表] 蛍光プローブライブラリーの創製による新規がんイメージングの実現 (2016)
  • 著者名/発表者名: 栗木優五、神谷真子、小松徹、居軒和也、高丸博之、阿部清一郎、斎藤豊、浦野泰照
  • 学会等名: 生体機能関連化学部会若手の会 第28回サマースクール
  • 発表場所: 西浦温泉ホテル たつき（愛知県蒲郡市）
  • 年月日: 2016-07-15 – 2016-07-16
• [産業財産権] カルボキシぺプチダーゼ活性検出用蛍光プローブ (2017)
  • 発明者名: 浦野泰照、神谷真子、栗木優五
  • 権利者名: 浦野泰照、神谷真子、栗木優五
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: U217-1178
  • 出願年月日: 2017-03-03