ヒストン脱アセチル化／脱メチル化蛍光プローブによるスクリーニング及びイメージング

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K13099
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 菊地 和也 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70292951)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 蛍光プローブ / ヒストン脱アセチル化酵素 / リジン脱メチル化酵素 / エピゲノム

研究実績の概要

本研究ではヒストン脱アセチル化酵素（HDAC）および脱メチル化酵素（KDM）活性検出のための新規蛍光プローブを開発する。HDACはヒストンや転写因子上のアセチル化リジンを脱アセチル化する。またKDMは近年発見された酵素であり、ヒストンや転写因子上のメチル化リジンを脱メチル化する。HDAC・KDMは癌・疾患の発病に深く関与しており、医薬品開発の標的酵素として注目されており、1ステップで検出可能な方法が強く求められている。
われわれはこれまでHDACプローブを開発する過程で、分子内トランスエステル化反応を検出原理としたプローブK4(Ac)CCBの開発に成功してきた。この原理ではアセチル化されている状態ではリジンの求核性は有していないが、脱アセチル化により生成するリジンが分子内のカルボネート部位を求核攻撃することで、蛍光性のクマリンが生成し蛍光が上昇する。本原理は脱メチル化酵素の活性にも応用可能であり、トリメチル体では求核性がなく、脱メチル化によって求核性のあるメチル化リジンが生成することでトランスエステル化反応が進行し蛍光検出が可能であると期待し設計を行った。ヒストンH3の配列を元に基質となるメチル化リジンを有するペプチドを合成し、レポーターとなる色素を導入することでプローブの合成を達成した。種々の脱メチル化酵素を試し、脱メチル化が起こることをHPLCによって確認した。また、その後のトランスエステル化反応により蛍光性のクマリン色素が遊離することも確認できた。実際にプローブとKDMを混合したところ、蛍光の上昇が観察された。従来法では不可能であった1ステップの操作で、KDM酵素活性を簡便・迅速に蛍光検出する手法を確立した。

研究成果

• [雑誌論文] Photostable and Photoswitching Fluorescent Dyes for Super-resolution Imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Minoshima, K. Kikuchi
  • 雑誌名: Journal of Biological Inorganic Chemistry 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s00775- 016-1435-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enzyme-triggered compound release using functionalized antimicrobial peptide derivatives (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, M. Kashibe, K. Matsumoto, Y. Hori, K. Kikuchi
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 8 ページ: 3047-3053
  • DOI: 10.1039/C6SC04435B
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fluorogenic Probes Reveal a Role of GLUT4 N-glycosylation in Intracellular Trafficking (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Hirayama, Y. Hori, Z. Benedek, T. Suzuki, K. Kikuchi
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 12 ページ: 853-859
  • DOI: 10.1038/nchembio.2156
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Real-time Intravital Imaging of pH Variation Associated with Osteoclast Activity (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Maeda, T. Kowada, J. Kikuta, M. Furuya, M. Shirazaki, S. Mizukami, M. Ishii, K. Kikuchi
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 12 ページ: 579-585
  • DOI: 10.1038/nchembio.2096
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of ‘Clickable’ Polyfluorene Nanowires with High Aspect Ratio as Biological Sensing Platforms (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Wasin, K. Enomoto, T. Sakurai, V. Padalkar, H. Cheng, M. Tang, A. Horio, D., Sakamaki, M. Omichi, A. Saeki, K. Kikuchi, Y. Hori, A. Chiba, Y. Saito, T. Kamiya, M. Sugimoto, S. Seki
  • 雑誌名: ACS Sensors 巻: 6 ページ: 766-774
  • DOI: 10.1021/acssensors.6b00070
  • 査読あり
• [学会発表] Real-time Intravital Imaging of pH Variation Associated with Osteoclast Activity Using BODIPY Based Two Photon Excitation Probes (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kikuchi
  • 学会等名: The 8th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference (AsBIC VIII)
  • 発表場所: Auckland, New Zealand
  • 年月日: 2016-12-05 – 2016-12-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Real-time Intravital Imaging of pH Variation Associated with Osteoclast Activity (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kikuchi
  • 学会等名: MSMLG 2016, 5th International Conference on Molecular Sensors and Molecular Logic Gates
  • 発表場所: Bath, UK
  • 年月日: 2016-07-24 – 2016-07-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Real-time Intravital Imaging of pH Variation Associated with Osteoclast Activity Using BODIPY Based Two Photon Excitation Probes (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kikuchi
  • 学会等名: ICPP-9, 9th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • 国際学会 / 招待講演