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疾病細胞では様々な代謝経路の活性が大きく変化しているため、代謝経路活性の測定及び活性変化の原因を探索する手法は疾病メカニズムの理解や創薬に重要である。本研究ではエネルギー生産経路の１つである脂肪酸β酸化に着目した。蛍光イメージングとケミカルプロテオミクスを相補的に行うケミカルプローブを開発し、細胞レベルでの脂肪酸β酸化活性の不均一性と活性変化のメカニズムを解明する。本プローブは、脂肪酸部位とアルキンを有するキノンメチド部位からなる。プローブが脂肪酸β酸化を受けるとアルキンを有するキノンメチドが放出され、近傍のタンパク質に対してアルキンを共有結合的にラベル化する。続いてクリック反応によって蛍光色素を標識し脂肪酸β酸化活性の蛍光イメージングを、同様にビオチンを導入しラベル化タンパク質を単離することでケミカルプロテオミクスを行う。
肝臓がん由来のHepG2細胞にプローブを添加した後、細胞を固定化し、クリック反応によって蛍光色素を標識し共焦点レーザー顕微鏡で観察した。その結果、細胞から蛍光が観察された。この蛍光はβ酸化の阻害剤存在下では消失したことから、プローブがβ酸化の活性を検出可能であることが分かった。さらに、細胞ライセートをSDS-PAGEによって解析したところ、様々な分子量のタンパク質をラベル化していることが分かった。続いてマウスにプローブを腹腔内投与後、β酸化が主に行われている肝臓を単離し、肝臓ライセートをSDS-PAGEで解析したところ、様々なタンパク質のラベル化が確認された。このラベル化はβ酸化の阻害剤を投与したマウスでは顕著に減少していた。さらに、β酸化を活性化させる薬剤を投与したマウスではラベル化効率が上昇していたことから、本プローブがin vivoでもβ酸化を検出可能であることがわかった。今後はラベル化タンパク質の同定と疾病モデルでのプロテオミクス変化を検討する。
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