クエンチ解消原理に基づく蛍光免疫センサーの蛋白質・ペプチド工学的新展開

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03851
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 上田 宏 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60232758)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: バイオテクノロジー / タンパク質 / バイオセンサー / 免疫学 / プロテオーム / 免疫測定 / ペプチド工学 / バイオイメージング

研究実績の概要

本研究では簡便高感度な蛍光免疫測定素子であるQ-bodyの更なる性能向上を狙い，本年度は4つの手法でこれを達成した。
1. 単ドメイン抗体の利用：研究協力者である琉球大学村上博士から入手した抗血清アルブミンVHHライブラリにコイルドコイル(CC)配列E4を付加した酵母表面提示系を用いてその抗原結合能を確認するとともに，FITC-TAMRA標識CC形成ペプチドK4を付加してCoiled Q-body化し，抗原に対して蛍光応答の高いQ-bodyをセルソーターで選択した。Q-body単体での性能が向上している事を確認したが，ビーズなどに集積させると更に応答が向上する興味深い現象も判明した(Inoue et al. Sci. Rep.)。
2. コイルドコイル形成ペプチドを利用した高性能Q-bodyの構築：上記の酵母提示にも用いた２色蛍光標識CC形成ペプチドE4/K4を用いてE4配列を付加したVHHあるいはFab断片のCoiled Q-body化に成功した(Yasuda et al., Chem. Commun.)。この際，予期した順平行CCの他に逆平行CCも生成する事が明らかになり，変異導入により逆平行CC生成を抑えて応答向上が可能な事を見出した。この他近赤外色素を付加することで，がんの光線力学療法への応用を試みた。
3. p53認識Q-bodyを細胞内へ導入し，固定細胞のみならず生細胞中のp53の迅速イメージングと陽性細胞のソーティングに成功した（投稿中）。
4. C末側にCC形成ペプチドを付加した抗体結合タンパク質Protein M（Coiled Q-Probe）に，1色あるいは2色の蛍光色素で標識したCC形成ペプチドを添加することで，各種のFabあるいはIgG抗体を簡便にQ-body化することに成功した（投稿準備中）。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Weifang Medical University/South China Agricultural University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Weifang Medical University/South China Agricultural University
• [国際共同研究] University of Mississippi/Louisiana State University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Mississippi/Louisiana State University
• [国際共同研究] A*STAR(シンガポール)
  • 国名: シンガポール
  • 外国機関名: A*STAR
• [国際共同研究] Hongik University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Hongik University
• [雑誌論文] Development of red genetically encoded biosensor for visualization of intracellular glucose dynamics (2022)
  • 著者名/発表者名: Mita Marie、Sugawara Izumi、Harada Kazuki、Ito Motoki、Takizawa Mai、Ishida Kentaro、Ueda Hiroshi、Kitaguchi Tetsuya、Tsuboi Takashi
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 29 ページ: 98～108.e4
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2021.06.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Miniaturization of Bright Light-Emitting Luciferase ALuc: picALuc (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohmuro-Matsuyama Yuki、Furuta Tadaomi、Matsui Hayato、Kanai Masaki、Ueda Hiroshi
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 17 ページ: 864～872
  • DOI: 10.1021/acschembio.1c00897
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simple Fluorogenic Cellular Assay for Histone Deacetylase Inhibitors Based on Split-Yellow Fluorescent Protein and Intrabodies (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohmuro-Matsuyama Yuki、Kitaguchi Tetsuya、Kimura Hiroshi、Ueda Hiroshi
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 6 ページ: 10039～10046
  • DOI: 10.1021/acsomega.0c06281
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Numerical Modeling for Sensitive and Rapid Molecular Detection by Membrane-Based Immunosensors (2021)
  • 著者名/発表者名: Okuyama Hiroto、Tamaki Takanori、Oshiba Yuhei、Ueda Hiroshi、Yamaguchi Takeo
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 93 ページ: 7210～7219
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.1c00250
  • 査読あり
• [雑誌論文] BRET Q-Body: A Ratiometric Quench-based Bioluminescent Immunosensor Made of Luciferase-Dye-Antibody Fusion with Enhanced Response (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Riho、Yasuda Takanobu、Ohmuro-Matsuyama Yuki、Ueda Hiroshi
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 93 ページ: 7571～7578
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.0c05217
  • 査読あり
• [雑誌論文] An enhanced open sandwich immunoassay by molecular evolution for noncompetitive detection of Alternaria mycotoxin tenuazonic acid (2021)
  • 著者名/発表者名: Liang Yifan、Wang Yu、Wang Feng、Li Jiadong、Wang Chenglong、Dong Jinhua、Ueda Hiroshi、Xiao Zhili、Shen Yudong、Xu Zhenlin、Wang Hong
  • 雑誌名: Food Chemistry 巻: 361 ページ: 130103～130103
  • DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.130103
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Rapid construction of fluorescence quenching-based immunosensor Q-bodies using α-helical coiled-coil peptides (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuda Takanobu、Inoue Akihito、Kitaguchi Tetsuya、Ueda Hiroshi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 57 ページ: 8206～8209
  • DOI: 10.1039/D1CC02605D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of Fluorescent Immunosensor Quenchbody to Detect His-Tagged Recombinant Proteins Produced in Bioprocess (2021)
  • 著者名/発表者名: Ning Xuerao、Yasuda Takanobu、Kitaguchi Tetsuya、Ueda Hiroshi
  • 雑誌名: Sensors 巻: 21 ページ: 4993～4993
  • DOI: 10.3390/s21154993
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preparation of an antigen-responsive fluorogenic immunosensor by tyrosine chemical modification of the antibody complementarity determining region (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Shinichi、Matsumura Masaki、Ueda Hiroshi、Nakamura Hiroyuki
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 57 ページ: 9760～9763
  • DOI: 10.1039/D1CC03231C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improving the Stability of Protein-Protein Interaction Assay FlimPIA Using a Thermostabilized Firefly Luciferase (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohmuro-Matsuyama Yuki、Gomi Keiko、Shimoda Takuya、Yamaji Hideki、Ueda Hiroshi
  • 雑誌名: Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 巻: 9 ページ: 778120~778120
  • DOI: 10.3389/fbioe.2021.778120
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quench-Release-Based Fluorescent Immunosensor for the Rapid Detection of Tumor Necrosis Factor α (2021)
  • 著者名/発表者名: Li Haimei、Li Xinyu、Chen Limei、Li Baowei、Dong Hang、Liu Hongying、Yang Xueying、Ueda Hiroshi、Dong Jinhua
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 6 ページ: 31009～31016
  • DOI: 10.1021/acsomega.1c03941
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation and selection of potent fluorescent immunosensors by combining fluorescent peptide and nanobodies displayed on yeast surface (2021)
  • 著者名/発表者名: Inoue Akihito、Yasuda Takanobu、Zhu Bo、Kitaguchi Tetsuya、Murakami Akikazu、Ueda Hiroshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 22590~22590
  • DOI: 10.1038/s41598-021-02022-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biosensors: Homogeneous Detection (2021)
  • 著者名/発表者名: Ueda Hiroshi、Dong Jinhua
  • 雑誌名: Reference Module in Biomedical Sciences 巻: 1 ページ: 1～19
  • DOI: 10.1016/B978-0-12-822548-6.00053-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of a Single Fluorescent Protein-Based Green Glucose Indicator by Semirational Molecular Design and Molecular Evolution (2021)
  • 著者名/発表者名: Mita Marie、Wongso Devina、Ueda Hiroshi、Tsuboi Takashi、Kitaguchi Tetsuya
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2274 ページ: 89～100
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-1258-3_9
  • 査読あり
• [雑誌論文] 抗体関連タンパク質の蛍光修飾によるバイオセンサー化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 上田 宏
  • 雑誌名: 生物工学会誌 巻: 99 ページ: 168～171
  • DOI: 10.34565/seibutsukogaku.99.4_168
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Evaluation and Selection of Potent Fluorescent Immunosensors by Combining Fluorescent Peptide and Nanobodies Displayed on Yeast Surface (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Ueda, Akihito Inoue, Takanobu Yasuda, and Akikazu Murakami
  • 学会等名: Virtual International Symposium on Immunoanalytical Technologies for Environmental Monitoring and Human Health
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 発光酵素の蛋白質工学とそのセンサー化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 上田 宏
  • 学会等名: 生物発光化学発光研究会第36回学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノム編集法による酸化脂質類の非競合的免疫測定系の構築 (2021)
  • 著者名/発表者名: 上田 宏、有坂 亮汰、朴 俊泰、董 金華、 柴田 貴広、北口 哲也、内田 浩二
  • 学会等名: 第74回 日本酸化ストレス学会シンポジウム Ss2-1 "酸化ストレス疾患病態解析における分析技術の新展開"
  • 招待講演
• [学会発表] PM Q-probe: a fluorescent binding protein that converts many natural antibodies to a fluorescent biosensor (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Ueda, J. Dong, T. Yasuda, M. Takahashi, K. Sasamoto, H. Oyama, I. Morita, H.J. Jeong, T. Kitaguchi, N. Kobayashi
  • 学会等名: Biosensors 2021 Online
  • 国際学会
• [図書] 先端の分析法 第2版(8-2-1 上田 宏 "抗体の遺伝子工学と新規免疫測定法への応用" ) (2022)
  • 著者名/発表者名: 澤田 嗣郎、小澤 岳昌、北森 武彦、中村 洋（東京理科大学名誉教授）、藤浪 眞紀、宮村 一夫、石丸 洋一郎、浦野 泰照、加地 範匡、坂 真智子、鈴木 茂、瀬藤 光利、宗林 由樹、馬場 嘉信、船津 公人、本田 暁紀、末永 智一、宮野 博、本山 晃
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 978-4-86043-737-4
• [図書] 先端の分析法 第2版(8-2-2-1 上田 宏 "免疫測定法の高性能化") (2022)
  • 著者名/発表者名: 澤田 嗣郎、小澤 岳昌、北森 武彦、中村 洋（東京理科大学名誉教授）、藤浪 眞紀、宮村 一夫、石丸 洋一郎、浦野 泰照、加地 範匡、坂 真智子、鈴木 茂、瀬藤 光利、宗林 由樹、馬場 嘉信、船津 公人、本田 暁紀、末永 智一、宮野 博、本山 晃
  • 総ページ数: 3
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 978-4-86043-737-4
• [備考] 東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所 上田・北口研究室
  • URL: http://www.ueda.res.titech.ac.jp/