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2020 年度 実施状況報告書

生体内分子イベントを指標とした老化要因物質の高速発光判定基盤技術の創成

研究課題

研究課題/領域番号 20K21851
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

金 誠培  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (60470043)

研究分担者 小林 紀郎  国立研究開発法人理化学研究所, 情報システム本部, ユニットリーダー (20415160)
桝屋 啓志  国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 室長 (40321814)
研究期間 (年度) 2020-07-30 – 2022-03-31
キーワード生物発光 / イメージング / 可視化 / 老化要因物質 / 一分子型生物発光プロ ーブ / AI / ランキング
研究実績の概要

化学物質は免疫系や内分泌系などを介して老化や癌などの疾病に影響する。とりわけ、一部の小分子化学物質(ラパマイシン、レスベラトロール、アスピリン、ステロイド系など)が寿命に影響することがサルの実験などで明らかになっている。
本研究で、理研の桝屋/小林らは、5万種以上の化学物質のセマンティック・ウェブ(機械可読な形で記述された意味符号)を用いて、老化要因性を持つと思われる化学物質のランク付け作業を行った。まず、このウェブの性質情報により老化要因性に特化した知的推論(AI)アルゴリズムを開発した。その後、このデータベース上の小分子化学物質(1千Da以下)を老化要因性の予測値によりランキングした。
このAI作業により、ラパマイシンなどが高いランクに位置することが分かったため、金らはラパマイシンに特化したプローブデザインを検討した。そのプローブデザインとしてラパマイシンと特異的に結合する蛋白質であるFRBとFKBPを産総研独自の生物発光酵素(ALuc;産総研登録商標)のNとC末端に遺伝子工学的につけた融合蛋白質式の発光プローブを開発した。この発光プローブは、ラパマイシンと結合して分子内での折りたたみ反応が起こることで、分子歪みが起こり、その結果、発光輝度が上がる現象が起こった。この分子歪みセンサーの発光プローブで老化要因物質のラパマイシンなどを測定する手法をMethod Mol Biolなどに報告した。
また、老化要因物質の活性を検出するためには、発光標識の多色化も重要課題である。そこで、老化要因物質可視化プローブの多色化を見据えた発光システムの開発も行った。まずALucやウミシイタケ発光酵素などの海洋生物由来の発光酵素を、C6位置に2重結合を伸ばした構造の発光基質と発光させることにより、青から赤まで全可視光領域にわたって選択的に発光する虹色発光標識ポートフォリオを開発できた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究期間中、理研の約5万種類の化学物質のセマンティック・ウェブ(機械可読な形で記述された意味符号)より老化要因性化学物質をランク付けができた。また、代表的な老化要因物質であるラパマイシンの検出に関係する発光プローブの開発プロトコルなどを定立できたことから、当初の計画通りに進んでいると自負する。

今後の研究の推進方策

今回、老化要因性化学物質のランキングデータができたことから、その結果を踏まえ、上位にランキングされた化学物質の老化要因性を定量可視化する発光プローブを開発していく。また、今年度が計画の最終年度であるため、全体の研究成果を纏め、論文化、学会発表などに努める。

次年度使用額が生じた理由

コロナウィルス感染拡大事態を受け、研究期間中、実験室の閉鎖があり、その後でも研究所内での感染防止措置が取られたため、当初の計画より一部遅れがあった。そのため、未使用額が発生した。

備考

本研究成果に基づいて、2021年1月26日にプレスリリースを行った。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) 図書 (7件) 備考 (1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Color-tunable bioluminescence imaging portfolio for cell imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Tamaki Shota、Kitada Nobuo、Kiyama Masahiro、Fujii Rika、Hirano Takashi、Kim Sung Bae、Maki Shojiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41598-021-81430-1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bioluminescent Imaging Systems for Assay Developments2021

    • 著者名/発表者名
      KIM Sung-Bae、PAULMURUGAN Ramasamy
    • 雑誌名

      Analytical Sciences

      巻: 37 ページ: 233~247

    • DOI

      10.2116/analsci.20r003

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Highly Sensitive Eight-Channel Light Sensing System for Biomedical Applications2020

    • 著者名/発表者名
      金 誠培、Sharon Hori、Ramasamy Paulmurugan
    • 学会等名
      日本分析化学会、第69回年会
  • [学会発表] In vitro Determiantion of Rapamycin-Triggered FKBP-FRB Interactions Using a Molecular Tension Probe2020

    • 著者名/発表者名
      金 誠培、西原 諒、鈴木 孝治
    • 学会等名
      日本分析化学会、第69回年会
  • [学会発表] Color-Tunable Bioluminescence Imaging Platform for Cell Imaging2020

    • 著者名/発表者名
      金 誠培、北田 昇雄、牧 昌次郎
    • 学会等名
      日本分析化学会、第69回年会
  • [学会発表] Luciferase-Specific Coelenterazine Analogues for Optical Contamination-Free Bioassays2020

    • 著者名/発表者名
      金 誠培、西原 諒、Daniel Citterio
    • 学会等名
      日本分析化学会、第69回年会
  • [学会発表] Fabrication of a New Lineage of Artificial Luciferases from Natural Luciferase Pools2020

    • 著者名/発表者名
      金 誠培、西原 諒、 Daniel Citterio、鈴木 孝治
    • 学会等名
      日本分析化学会、第69回年会
  • [図書] Live Cell Imaging”2020

    • 著者名/発表者名
      Sung-Bae Kim
    • 総ページ数
      447
    • 出版者
      Springer US
    • ISBN
      978-1-0716-1257-6
  • [図書] Chapter 5 “A New Lineage of Artificial Luciferases for Mammalian Cell Imaging”2020

    • 著者名/発表者名
      Sung-Bae Kim, Rika Fujii
    • 総ページ数
      9
    • 出版者
      Springer US
    • ISBN
      978-1-0716-1257-6
  • [図書] Chapter 10 “Near Infrared Bioluminescence Imaging of Animal Cells with Through-Bond Energy Transfer Cassette”2020

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Abe, Ryo Nishihara, Sung-Bae Kim, Koji Suzuki
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      Springer US
    • ISBN
      978-1-0716-1257-6
  • [図書] Chapter 11 “Azide- and Dye-Conjugated Coelenterazine Analogues for Imaging Mammalian Cells”2020

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nishihara, Emi Hoshino, Yoshiki Kakudate, Koji Suzuki, Sung-Bae Kim
    • 総ページ数
      15
    • 出版者
      Springer US
    • ISBN
      978-1-0716-1257-6
  • [図書] Chapter 12 “Luciferase-Specific Coelenterazine Analogues for Optical Cross-talk-Free Bioassays”2020

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nishihara, Masahiro Abe, Koji Suzuki, Sung-Bae Kim
    • 総ページ数
      12
    • 出版者
      Springer US
    • ISBN
      978-1-0716-1257-6
  • [図書] Chapter 21 “Highly bright NIR-BRET system for imaging molecular events in live cells”2020

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nishihara, Koji Suzuki, Sung-Bae Kim, Ramasamy Paulmurugan
    • 総ページ数
      13
    • 出版者
      Springer US
    • ISBN
      978-1-0716-1257-6
  • [図書] Chapter 22 “Ligand-Activatable BRET9 Probes for Imaging Molecular Events in Living Mammalian Cells”2020

    • 著者名/発表者名
      Sung-Bae Kim, Rika Fujii, Ramasamy Paulmurugan
    • 総ページ数
      9
    • 出版者
      Springer US
    • ISBN
      978-1-0716-1257-6
  • [備考] 全可視光領域で発色する虹色発光標識のポートフォリオを開発

    • URL

      https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2021/pr20210126_2/pr20210126_2.html

  • [産業財産権] 生物発光酵素の長波長発光基質2020

    • 発明者名
      金誠培 牧昌次郎 北田昇雄
    • 権利者名
      国研)産業技術総合研究所と国大)電気通信大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-040703
  • [産業財産権] マルチチャンネル光検出装置2020

    • 発明者名
      金誠培
    • 権利者名
      国立研究開発法人産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-044513

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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