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2012 年度 実績報告書

ルシフェラーゼの発展的インビボ活用を可能とする新規ルシフェリンプローブ群の創製

研究課題

研究課題/領域番号 23249004
研究機関東京大学

研究代表者

浦野 泰照  東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (20292956)

研究期間 (年度) 2011-05-31 – 2014-03-31
キーワード生物発光 / ルシフェラーゼ / ルシフェリン / エネルギー共鳴移動 / 近赤外蛍光 / 光増感剤 / インビボ / プローブ
研究概要

昨年度までに確立した分子内BRETを原理とする近赤外発光ルシフェラーゼ基質設計法に基づき、本年度新たにSiローダミン類、Cy7-COOMe、BODIPY 650を有する生物発光基質を開発した。まず生細胞系での検証から、これら三種の基質は全て十分な細胞膜透過性を有し、ルシフェラーゼとの反応によって特徴的な長波長発光を示すことが明らかとなった。例えばCy7-COOMeをBRETアクセプターとして導入した基質では、細胞外に基質を添加することで、800 nmを超える近赤外生物発光が観測された。次に、各基質由来の生物発光の組織透過性の比較を行った。具体的には生ハムを重ねることで均一の厚みを持つ擬似的な組織を作成し、各基質とルシフェラーゼとの反応によって生成する生物発光の組織による減弱を測定した。その結果、通常のルシフェリンと比較して、Cy7-COOMe-ALでは組織による発光強度の減弱は約1/6程度であり、深部からの発光観測に優れた基質であることが明らかとなった。最後に本基質類をマウスに適用した結果、確かにin vivoで近赤外発光を示すことが明らかとなった。以上の成果はAngew. Chem. Int. Ed.に掲載され、また注目すべき論文としてHot paperに選ばれた。
次に、分子内光誘起電子移動による生物発光制御(BioLeT)法を原理として、他の研究プロジェクトで本年度開発することに成功した活性酸素(hROS)検出生物発光プローブAPLに、さらに各種置換基を導入することで、細胞膜透過性やROSとの反応性に変化が出るかを検討した。その結果、アルキルスルホン酸基を導入した新規APL誘導体は、ROSとの反応前の生物発光効率が極めて低く、またROSとの反応効率も高く、より大きなシグナルの変化を有する優れたhROSプローブとして機能することが明らかとなった。

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

分子内BRETを原理とする世界初の近赤外発光ルシフェリンプローブの開発に成功し、これが生細胞系だけで無く、in vivoマウス系でも機能することが明確に示された。また組織による発光の減弱という観点からも、従来の可視光発光プローブに対する明らかな優位性を持つプローブの開発に成功した。さらに、特定の応答をin vivoで検出可能な”activatable”生物発光プローブの開発に関しても、他の研究プロジェクトで確立された設計原理と相乗的に機能する新たな分子修飾法を見出すことに成功した。これらの結果は、当初計画以上の成果であり、最終年度の研究進展を考える上で大きな意味を持つ成果である。

今後の研究の推進方策

機能性発光イメージングプローブ開発に関しては、従来基質に比べてS/N比が飛躍的に向上した新規プローブを、BioLeTと細胞膜透過性を精密に制御することで開発していく。機能性摂動プローブに関しては、ルシフェラーゼを発現させること自身が多少細胞へのダメージとなることが本年度の予備検討から明らかとなったので、細胞殺傷では無く、特定細胞への瞬時薬物刺激を実現する摂動系に注力して、その開発を行っていく。

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (25件) (うち招待講演 22件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Rational Design of Highly Sensitive Fluorescence Probes For Protease and Glycosidase Based on Precisely Controlled Spirocyclization2013

    • 著者名/発表者名
      Sakabe, M. et al.
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 135 ページ: 409-414

    • DOI

      10.1021/ja309688m

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rational Design and Development of Near-infrared-emitting Firefly Luciferins Available in vivo2013

    • 著者名/発表者名
      Kojima, R. et al.
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie Int. Ed.

      巻: 52 ページ: 1175-1179

    • DOI

      10.1002/anie.201205151

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of NIR Fluorescent Dyes Based on Si-Rhodamine for In Vivo Imaging2012

    • 著者名/発表者名
      Koide, Y. et al.
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 134 ページ: 5029-5031

    • DOI

      10.1021/ja210375e

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Highly Activatable and Environment-insensitive Optical Highlighters for Selective Spatiotemporal Imaging of Target Proteins2012

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi, T. et al.
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 134 ページ: 11153-11160

    • DOI

      10.1021/ja212125w

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of 5'- and 7'-Substituted Luciferin Analogues as Acid-Tolerant Substrates of Firefly Luciferase2012

    • 著者名/発表者名
      Takakura, H. et al.
    • 雑誌名

      ChemBioChem

      巻: 13 ページ: 1424-1427

    • DOI

      10.1002/cbic.201200142

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Novel live imaging techniques of cellular functions and in vivo tumors based on precise design of small molecule-based 'activatable' fluorescence probes2012

    • 著者名/発表者名
      Urano, Y.
    • 雑誌名

      Curr. Opin. Chem. Biol.

      巻: 16 ページ: 602-608

    • DOI

      10.1016/j.cbpa.2012.10.023

    • 査読あり
  • [学会発表] Development of near-infrared-emitting bioluminogenic substrates available in vivo based on intramolecular BRET2012

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Kojima
    • 学会等名
      EMBO Conference, Chemical Biology 2012
    • 発表場所
      Heidelberg (Germany)
    • 年月日
      20120926-20120929
  • [学会発表] Real-time functional imaging of living cells and animals with rationally designed fluorescence probes

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      The 33rd Naito Conference on Oxygen Biology
    • 発表場所
      Hokkaido (Châteraisé Gateaux Kingdom Sapporo)
    • 招待講演
  • [学会発表] Rapid in vivo cancer imaging by topically spraying a newly designed activatable fluorescence probe

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      14th International Congress of Histochemistry and Cytochemistry
    • 発表場所
      Kyoto (Kyoto International Conference Center)
    • 招待講演
  • [学会発表] In Vivo Rapid Cancer Detection by Topically Spraying a Novel gamma-Glutamyltranspeptidase-activated Fluorescence Probe

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      The 43rd International Symposium of The Princess Takamatsu Cancer Research Fund
    • 発表場所
      Tokyo (Hotel Grand Palace)
    • 招待講演
  • [学会発表] In Vivo Rapid Cancer Detection by Topically Spraying a Novel gamma-Glutamyltranspeptidase-activated Fluorescence Probe

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      VIPCA Chemical Biology: Methods and Progress
    • 発表場所
      University of Vienna (Austria)
    • 招待講演
  • [学会発表] オリジナル蛍光プローブの精密設計による新たな生体イメージングの実現

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第85回日本内分泌学会学術集会
    • 発表場所
      愛知(名古屋国際会議場)
    • 招待講演
  • [学会発表] スマート蛍光プローブの精密開発による新たな分子イメージング

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      日本薬剤学会第27年会
    • 発表場所
      兵庫(神戸国際会議場)
    • 招待講演
  • [学会発表] 新規有機小分子蛍光プローブの開発に基づく生細胞・動物個体内レドックスシグナルイメージング

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第65回日本酸化ストレス学会
    • 発表場所
      徳島(徳島県郷土文化会館)
    • 招待講演
  • [学会発表] 化学プローブの精密設計によるin vivo光診断・治療の新展開

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第8回日本脳神経外科光線力学学会
    • 発表場所
      茨城(つくば国際会議場)
    • 招待講演
  • [学会発表] スマート蛍光プローブの精密開発による新たな細胞・疾患イメージング

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第5回(株)三菱ケミカルホールディングス The KAITEKI Forum
    • 発表場所
      東京(経団連会館)
    • 招待講演
  • [学会発表] 新規activatable蛍光プローブの局所散布による迅速in vivoがんイメージングの実現

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第10回日本臨床腫瘍学会学術集会
    • 発表場所
      大阪(大阪国際会議場)
    • 招待講演
  • [学会発表] Activatableプローブの精密開発による新たな高精細がん医療の実現

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第34回日本光医学・光生物学会
    • 発表場所
      兵庫(神戸商工会議所)
    • 招待講演
  • [学会発表] 光機能性プローブの精密開発によるin vivo生物学・医療の新展開

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      BMAS2012
    • 発表場所
      東京(慶應義塾大学薬学部)
    • 招待講演
  • [学会発表] スマート蛍光プローブの精密開発による新たな細胞・疾患イメージング

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第56回日本薬学会関東支部大会
    • 発表場所
      東京(昭和大学旗の台キャンパス)
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛍光プローブの精密設計によるin vivo迅速がんイメージングの実現

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第17回分生研シンポジウム
    • 発表場所
      東京(東京大学弥生講堂・一条ホール)
    • 招待講演
  • [学会発表] スマート蛍光プローブの精密開発による新たな細胞・疾患イメージング

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第39回日本臓器保存生物医学会学術集会
    • 発表場所
      福島(コラッセ福島)
    • 招待講演
  • [学会発表] スマートプローブの精密開発によるin vivo高精細がん蛍光イメージングの実現

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第29回医用高分子研究会講座
    • 発表場所
      東京(産業技術総合研究所臨海副都心センター別館)
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機小分子蛍光プローブの精密開発による術中迅速がんイメージングの実現

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      がんと代謝シンポジウム2013
    • 発表場所
      東京(慶應義塾大学医学部)
    • 招待講演
  • [学会発表] 小分子蛍光プローブの開発による新たな細胞機能・疾患イメージング

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      平成24年度次世代バイオナノ研究会
    • 発表場所
      香川(サンポートホール高松)
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機小分子蛍光プローブの精密設計によるin vivo迅速がんイメージングの実現

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      有機化学合成協会関西支部有機合成のニュートレンド(2月セミナー)
    • 発表場所
      大阪(エル・おおさか)
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機小分子蛍光プローブの精密設計とその応用 ~リアルタイム生細胞イメージングとin vivoがんイメージング~

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第6回The Heart研究会
    • 発表場所
      東京(コンファレンススクエア エムプラス)
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子内spiro環化平衡の精密制御に基づく蛍光・増感プローブの開発とがん医療への応用

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会特別企画講演
    • 発表場所
      滋賀(立命館大学)
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機小分子蛍光プローブの精密設計による術中迅速がんイメージングの実現

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      日本薬学会第133年会
    • 発表場所
      神奈川(パシフィコ横浜)
    • 招待講演
  • [学会発表] BRETドナーとして利用可能なluciferin発光基質の開発

    • 著者名/発表者名
      高倉 栄男
    • 学会等名
      日本化学会 第93春季年会
    • 発表場所
      滋賀(立命館大学)
  • [学会発表] 優れたactivation ratioを示すhROS検出生物発光プローブの開発

    • 著者名/発表者名
      小嶋 良輔
    • 学会等名
      日本薬学会第133年会
    • 発表場所
      神奈川(パシフィコ横浜)
  • [図書] 疾患克服をめざしたケミカルバイオロジー ~がん医療や創薬に貢献するin vivoイメージングと生体機能解析・制御の最前線2012

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照(編集)
    • 総ページ数
      226
    • 出版者
      羊土社
  • [図書] 蛍光プローブの精密設計による新しい生細胞イメージング・in vivoがんイメージング2012

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 総ページ数
      8
    • 出版者
      羊土社

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公開日: 2014-07-24  

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