| 研究課題/領域番号 |
22000006
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
長野 哲雄 東京大学, 創薬オープンイノベーションセンター, 特任教授 (20111552)
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| 研究分担者 |
高橋 政夫 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (00447418)
花岡 健二郎 東京大学, 大学院薬学系研究科, 准教授 (70451854)
寺井 琢也 東京大学, 大学院薬学系研究科, 助教 (00508145)
上野 匡 東京大学, 大学院薬学系研究科, 助教 (60462660)
小松 徹 東京大学, 大学院薬学系研究科, 助教 (40599172)
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| 研究期間 (年度) |
2010-04-21 – 2015-03-31
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| キーワード | 蛍光プローブ / 光増感剤 / MRI造影剤 / ケミカルバイオロジー / 分子イメージング / 臨床診断 / 化合物スクリーニング / 有機光化学 |
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| 研究概要 |
平成25年度は、前年度までに開発した様々なプローブの生物応用や改良研究を続けると共に、特に以下の3つの項目について検討を行った。
(1)がん関連酵素により活性化される機能性光増感剤の開発
光により活性酸素を放出する光増感剤を用いた光線力学療法は、新たながん治療法として期待されつつも、既存の光増感剤は腫瘍以外の部位でも光が当たれば活性酸素を放出してしまう問題点がある。そこで我々は、がん細胞で活性が亢進している酵素(γ-グルタミルトランスフェラーゼ : GGT)で代謝を受けたときのみ光増感反応が生じる高機能な光増感剤を新たに開発し、鶏卵を用いた腫瘍モデルを使ってその機能を実証した。
(2)非変性タンパク質電気泳動を用いた代謝酵素の活性検出
蛍光プローブを用いた酵素活性の検出は簡便かつ高感度であるが、特異性が十分高くない場合や責任酵素の実体が未知である場合には必ずしも有用な研究ツールとなり得ない。そこで我々は、非変性条件で電気泳動を行ったゲルを細かく切断した後に蛍光プローブを適用することで、反応時間内でのプローブの拡散を抑制し、代謝酵素の実体を解明できる新たな技術(DEGアッセイ法)の開発を行った。更に、疾患への関与が示唆されているホルミル化ペプチド切断酵素に対して本手法を適用し、その有用性を確認した。
(3)力学的刺激に応答する蛍光プローブの開発
ずり応力等の機械的刺激は、細胞骨格の形成やシグナル伝達など様々な生物学現象に関与することから近年大きな注目を集めている。我々は「機械的刺激に応じて蛍光分子の集合構造が変化することで発光色変化が起こる」という新たな原理に基づくデンドリマー型蛍光プローブの開発を行い、これを細胞表面に標識することで細胞に対する力学刺激を可視化することに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
研究目的として設定した5分野(長波長蛍光プローブ、光増感剤、MRI造影剤、化合物スクリーニング、疾患マーカー検出)については、当初の計画以上に多くの成果が得られており国際一流雑誌を中心とする多数の論文発表・学会発表を行っている。また、特許の出願やプローブの市販化、大学院生の受賞なども多くあり、研究代表者らが順調に成果を挙げていることの裏づけとなっている。更に、研究開始時点では予想していなかった興味深い知見や有用な光機能性分子も数多く獲得している。本年度の成果から一例を挙げると、我々は親水性デンドロンを有するピレン誘導体が、機械的刺激に応じて発光色を黄色から緑色に変化させるのみならず、水分(湿度)に対しても応答して発光色を変えることを初めて見出した。また透過型電子顕微鏡や分子間力顕微鏡、動的光散乱測定などの結果から、この両親媒性分子が水中で5-10nm程度のミセルを形成していることがわかった。生体内の細胞に対する力学刺激は炎症や高血圧などの疾患とも関連することから、このような新規光機能性分子の研究は将来的な医療応用にもつながる可能性がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究は平成26年度が最終年度である。そこで、研究開始時に掲げた各研究目標(5分野、9項目)の達成と成果の取りまとめに向けて、前年度までに得られている結果を基にしながら不足部分について必要な検討を行う。具体的には、脳梗塞等の疾患マーカーであるアクロレインに対する蛍光プローブやがん細胞選択的な光増感剤の開発について、投稿論文としての発表を行う。更に、本研究で得られた一連の成果を今後の研究へと発展させる準備として、新たなカテゴリーの光機能性分子(下記)についても研究を開始する。
(1)新規ケージ基ならびにケージド化合物の開発
光依存的に生理活性分子を放出するケージド化合物は、神経生物学分野等で幅広く活用される有用な研究ツールである。しかし現在のケージド化合物の多くは300nm台に吸収ピークを有しており、生物応用には不向きである。そこで本研究では、より長波長(400～500nm)の光で反応が効率よく進行する新たなケージド化合物を設計・合成し、その光反応や吸収波長変化のメカニズムについて検討すると共に、細胞または脳スライスへの応用を行う。
(2)細胞表面に局在するタンパク質・小分子複合型蛍光プローブの開発
有機分子を基盤とする蛍光プローブは、論理的な分子設計や構造展開が行いやすくin vivoへの適用も比較的容易であることから、研究代表者を初めとする多くの化学者によって開発が行われてきた。その一方で、プローブの細胞種に対する選択性や細胞小器官への局在を達成するのは難しく、これらの点はタンパク質を用いた技術の方が優れている。そこで最近、小分子蛍光団(あるいはプローブ)を特定のタンパク質に対して標識することにより、それぞれの技術の長所を生かした高度な機能性を達成しようとする試みがなされている。本研究では、細胞の恒常性や神経・筋肉の活動に深く関与しているカリウムイオンに対する選択的蛍光プローブを、タンパク質標識技術を用いて細胞表面に集積させることにより、イオンチャネルを通して細胞内から流出するカリウムイオンを蛍光イメージングにより捕らえることを試みる。
(3)光によって可逆的にタンパク質の二量体化を惹起する小分子の開発
化合物添加によってタンパク質間の相互作用(二量体化)を制御するCID (chemical inducible dimerizer)は、生細胞における複雑なシグナル伝達機構の解明・改変を行うことができる有用な研究ツールとして近年盛んに研究されている。しかし、一般にCIDによる二量体化は不可逆かつ細胞全体で起こることから、細胞の局所で可逆的に二量体化を引き起こすことができる分子の開発が望まれている。そこで本研究では、光により構造変化を起こすフォトクロミック分子とCIDを融合させた新しい光機能性分子を創製することにより、最終的には疾患のメカニズム解明等に有用な技術開発を目指す。
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