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2022 年度 実績報告書

酵素活性の網羅的解析(enzymomics)に基づく疾患診断基盤技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22H02217
配分区分補助金
研究機関東京大学

研究代表者

小松 徹  東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (40599172)

研究分担者 水野 忠快  東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (90736050)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードケミカルバイオロジー / 創薬化学
研究実績の概要

本研究では,酵素の生きた機能である活性の評価を可能とする方法論「enzymomics(enzymeのomics)」について,その超高感度化,網羅化を達成する実験系を背景として,特にリキッドバイオプシー法を用いた血液中の酵素活性の異常の理解に基づく疾患の理解を実現する基盤技術構築を目指した研究を進めてきた.
本年度の研究において,高感度 enzymomics 計測の規格化に向けて,アッセイ系の統一とこのためのプローブ開発法の確立をおこなった.
(1) 合成系の一般化,については,目標どおりに規格化されたアッセイ系の構築を進め,150 種類以上のプローブ開発を達成し,これらを用いた血液中の酵素活性計測を進めた.(2) 計測,データ解析の一般化,については,規格化された実験条件を用いて1日に 20 サンプル分のデータ計測を可能とする仕組みを構築し,これによって様々な生体サンプル中の酵素活性検出を実施し,膵臓癌早期および大腸癌患者の血液中に特有の酵素活性を複数見出すことができた(N. Nagano et al. Chem. Sci. 2023).更に,肝障害モデルにおいて,臓器のトランスクリプトームの異常と血液中の酵素活性の異常の関係性を明らかにする研究に着手し,いつくかの興味深い活性を見出している.これにより,臓器レベルの異常が血液中の酵素活性の異常にどのように波及するかの臓器-血液連環の理解に繋がる知見を蓄積していき,有用なバイオマーカーの発見による状態の記述のための有用なデータ基盤を与えることが期待される.

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

(1) 合成系の一般化
従来の蛍光プローブの有機合成は,一般的な有機合成によって進められ,各ステップの反応,精製の過程はそれぞれ研究者の試行錯誤によって進められ,1つのプローブの合成に月~年の日時を要することも珍しくない.これに対し,本研究では,規格化された条件で多様なプローブ合成を可能とするスキームの開発を進め,簡便な合成~精製操作によって蛍光プローブ合成を実施する仕組みを構築した.peptidase および glycosidase について規格化した条件の構築を達成し,血液中の様々な酵素活性検出に利用するプラットフォームを構築した.これについて特許出願をおこない(PCT/JP2022/023319,特願2022-079082),現在論文執筆準備中である.
(2) 計測,データ解析の一般化
市販のマイクロデバイスと分注装置を用いて大量のデータを再現性よく計測する仕組みを構築した.規格化された実験条件を用いて1日に 20 サンプル分のデータ計測をおこなうことが可能であり,これによって得られる大量の計測データに対し,その特徴量を抽出して群間比較をおこなう解析プラットフォームの構築を併せて進めた.その初期の検討から新たに膵臓がん早期,大腸癌患者血漿中に特徴的な酵素活性の変化が起きていることを明らかにし,後者について論文発表をおこなった(N. Nagano et al. Chem. Sci. 2023).更に,肝障害モデルにおいて,臓器のトランスクリプトームの異常と血液中の酵素活性の異常の関係性を明らかにする研究に着手し,いつくかの興味深い活性を見出すことに成功しており,次年度以降,安定してデータの蓄積を進め,効率的に変化を見出すことが可能な基盤を確立した.

今後の研究の推進方策

確立したプローブ合成法を用いたプローブ合成の拡張を進めると共に,確立した計測プラットフォームを用いたデータ計測を進めていく.
特に,臓器のトランスクリプトームの異常と血液中の酵素活性の異常の関係性を明らかにする研究を継続し,身体の状態変化を詳細に記述する血中バイオマーカーの発見と利用を可能とする基盤知見を蓄積していくことを目指す.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 図書 (2件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Development of fluorogenic substrates for colorectal tumor-related neuropeptidases for activity-based diagnosis2023

    • 著者名/発表者名
      Nagano Norimichi、Ichihashi Yuki、Komatsu Toru、Matsuzaki Hiroyuki、Hata Keisuke、Watanabe Toshiaki、Misawa Yoshihiro、Suzuki Misa、Sakamoto Shingo、Kagami Yu、Kashiro Ayumi、Takeuchi Keiko、Kanemitsu Yukihide、Ochiai Hiroki、Watanabe Rikiya、Honda Kazufumi、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 14 ページ: 4495~4499

    • DOI

      10.1039/D2SC07029D

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of pathway-oriented screening to identify compounds to control 2-methylglyoxal metabolism in tumor cells2023

    • 著者名/発表者名
      Yanagi Kouichi、Komatsu Toru、Fujikawa Yuuta、Kojima Hirotatsu、Okabe Takayoshi、Nagano Tetsuo、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      Communications Chemistry

      巻: 6 ページ: in press

    • DOI

      10.1038/s42004-023-00864-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of a fluorescent probe library enabling efficient screening of tumour-imaging probes based on discovery of biomarker enzymatic activities2022

    • 著者名/発表者名
      Kuriki Yugo、Yoshioka Takafusa、Kamiya Mako、Komatsu Toru、Takamaru Hiroyuki、Fujita Kyohhei、Iwaki Hirohisa、Nanjo Aika、Akagi Yuki、Takeshita Kohei、Hino Haruaki、Hino Rumi、Kojima Ryosuke、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Abe Seiichiro、Saito Yutaka、Nakajima Jun、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 13 ページ: 4474~4481

    • DOI

      10.1039/d1sc06889j

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular design of near-infrared (NIR) fluorescent probes targeting exopeptidase and application for detection of dipeptidyl peptidase 4 (DPP-4) activity2022

    • 著者名/発表者名
      Hoshino Yuki、Hanaoka Kenjiro、Sakamoto Kei、Yasunaga Masahiro、Kojima Takashi、Kotani Daisuke、Nomoto Ayumu、Sasaki Eita、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Takamaru Hiroyuki、Saito Yutaka、Seto Yasuyuki、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      RSC Chemical Biology

      巻: 3 ページ: 859~867

    • DOI

      10.1039/D1CB00253H

    • 査読あり
  • [雑誌論文] General Design Strategy to Precisely Control the Emission of Fluorophores via a Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT) Process2022

    • 著者名/発表者名
      Hanaoka Kenjiro、Iwaki Shimpei、Yagi Kiyoshi、Myochin Takuya、Ikeno Takayuki、Ohno Hisashi、Sasaki Eita、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Uchigashima Motokazu、Mikuni Takayasu、Tainaka Kazuki、Tahara Shinya、Takeuchi Satoshi、Tahara Tahei、Uchiyama Masanobu、Nagano Tetsuo、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 144 ページ: 19778~19790

    • DOI

      10.1021/jacs.2c06397

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rapid imaging of lung cancer using a red fluorescent probe to detect dipeptidyl peptidase 4 and puromycin-sensitive aminopeptidase activities2022

    • 著者名/発表者名
      Kawashima Shun、Yoshida Daisuke、Yoshioka Takafusa、Ogasawara Akira、Fujita Kyohhei、Yanagiya Masahiro、Nagano Masaaki、Konoeda Chihiro、Hino Haruaki、Kitano Kentaro、Sato Masaaki、Hino Rumi、Kojima Ryosuke、Komatsu Toru、Kamiya Mako、Urano Yasuteru、Nakajima Jun
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: in press

    • DOI

      10.1038/s41598-022-12665-9

    • 査読あり
  • [学会発表] 1分子レベルの酵素活性網羅的解析に基づく疾患診断技術の開発2022

    • 著者名/発表者名
      小松徹
    • 学会等名
      千里ライフサイエンス振興財団 新適塾「未来創薬への誘い」第57回講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 1分子レベルの酵素活性網羅的解析に基づく 疾患診断技術の開発2022

    • 著者名/発表者名
      小松徹
    • 学会等名
      第 16 回メタボロームシンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of single-molecule enzyme activity-based protein profiling (SEAP) strategy for the detection of disease-related enzyme activities in blood samples2022

    • 著者名/発表者名
      Toru Komatsu, Shingo Sakamoto, Tadahaya Mizuno, Kazufumi Honda, Rikiya Watanabe, Yasuteru Urano
    • 学会等名
      Redox Week 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of single-molecule enzyme activity-based protein profiling (SEAP) strategy for the detection of disease-related enzyme activities in blood samples2022

    • 著者名/発表者名
      Toru Komatsu, Shingo Sakamoto, Yu Kagami, Tadahaya Mizuno, Kazufumi Honda, Rikiya Watanabe, Yasuteru Urano
    • 学会等名
      International Chemical Biology Society Meeting 2022
    • 国際学会
  • [図書] 疾患と関わる酵素の働きを夾雑環境下で「視る」2023

    • 著者名/発表者名
      小松徹
    • 総ページ数
      208
    • 出版者
      化学同人
    • ISBN
      9784759814057
  • [図書] 茶カテキンによるエピジェネティック制御因子への関与2022

    • 著者名/発表者名
      小松徹,小倉大輝,浦野泰照
    • 総ページ数
      333
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      978-4-7813-1687-1
  • [産業財産権] 固相抽出を利用した蛍光プローブライブラリの調製方法、及びこれを用いた酵素活性計測方法2022

    • 発明者名
      浦野泰照,小松徹,鏡味優,坂本眞伍,渡邉力也
    • 権利者名
      浦野泰照,小松徹,鏡味優,坂本眞伍,渡邉力也
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2022/023319
    • 外国
  • [産業財産権] 3.浦野泰照,小松徹,鏡味優,坂本眞伍,笠井貴文,渡邉力也2022

    • 発明者名
      浦野泰照,小松徹,鏡味優,坂本眞伍,笠井貴文,渡邉力也
    • 権利者名
      浦野泰照,小松徹,鏡味優,坂本眞伍,笠井貴文,渡邉力也
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願 2022-079082

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公開日: 2023-12-25  

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