アゾ基の構造ダイナミクスを利用した蛍光プローブの創製

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 理論と実験の協奏による柔らかな分子系の機能の科学
• 研究課題/領域番号: 26104509
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 花岡 健二郎 東京大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (70451854)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 分析科学 / 薬学 / 有機化学 / イメージング / 蛍光

研究実績の概要

生命現象を理解する上で、生きている状態のままの生体でリアルタイムかつ高い時空間分解能で生命現象を可視化することは、それらの理解の上で極めて重要である。このような観察を実現する技術として、簡便性や高い感度、高い時空間分解能から蛍光イメージングが生命科学研究において汎用されている。本研究においては、アゾ基の特性を利用して、光照射によって生じる「分子の励起状態」を制御し、蛍光プローブを創製することを目指している。以下に平成26年度にて得られた研究成果を記す。
(1)アゾ基の導入による蛍光色素の無蛍光化のメカニズムの解明
ローダミン系蛍光色素のキサンテン環にアゾ基を導入したアゾローダミン（MARおよびMASR）をデザイン・合成した。合成した化合物はいずれも蛍光量子収率が0.1%以下と無蛍光性であり、過渡吸収測定によるMARの励起寿命はクロロホルム中で4.1 psecと算出されたことから、分子デザイン通りにアゾ基に起因する高速な失活過程により無蛍光性になっていると考えられた。
(2)近赤外蛍光を発する低酸素環境を検出する蛍光プローブの開発
近赤外領域（650から900 nm）は透過性の高さ及び自家蛍光の低さから動物個体でのイメージングに適した波長領域である。そこで、近赤外蛍光色素にアゾ基を組み込んだ新たな近赤外蛍光プローブを開発した。開発したプローブは水中において無蛍光性であり、本分子設計は近赤外蛍光色素に対しても有効であった。また、生細胞においてマイルドな低酸素環境に対しても優位な蛍光上昇を示した。さらに、プローブをマウスに静脈内投与し、門脈及び腎静脈・腎動脈の結紮により肝臓と腎臓の虚血モデルを作製したところ、結紮による蛍光の上昇を観察することに成功した。

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

当初の計画では、平成26年度は「アゾ基の導入による蛍光色素の無蛍光化のメカニズムの解明」および「近赤外蛍光を発する低酸素環境を検出する蛍光プローブの開発」の2つの研究項目の着手を予定していたが、本新学術領域内での共同研究を行うなど、何れの研究項目も当初の計画以上に進展しており、研究成果が得られてきている。

今後の研究の推進方策

平成26年度は当初の計画以上に進展したので、引き続き本研究を進行するとともに、計画通りに平成27年度からは機能性光増感剤の開発にも着手する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Development of a Series of Near-infrared Dark Quenchers Based on Si-rhodamines and Their Application to Fluorescent Probes (2015)
  • 著者名/発表者名: Takuya Myochin, Kenjiro Hanaoka, Shimpei Iwaki, Tasuku Ueno, Toru Komatsu, Takuya Terai, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 137 ページ: 4759-4765
  • DOI: 10.1021/jacs.5b00246
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] New Class of Bioluminogenic Probe Based on Bioluminescent Enzyme-induced Electron Transfer: BioLeT (2015)
  • 著者名/発表者名: Hideo Takakura, Ryosuke Kojima, Mako Kamiya, Eiji Kobayashi, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Takuya Terai, Kenjiro Hanaoka, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 137 ページ: 4010-4013
  • DOI: 10.1021/ja511014w
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gliotoxin Suppresses NF-κB Activation by Selectively Inhibiting Linear Ubiquitin Chain Assembly Complex (LUBAC) (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Sakamoto, Shinichiro Egashira, Nae Saito, Takayoshi Kirisako, Simon Miller, Yoshiteru Sasaki, Tadahiko Matsumoto, Manabu Shimonishi, Toru Komatsu, Takuya Terai, Tasuku Ueno, Kenjiro Hanaoka, Hirotatsu Kojima, Takayoshi Okabe, Soichi Wakatsuki, Kazuhiro Iwai, Tetsuo Nagano
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 10 ページ: 675-681
  • DOI: 10.1021/cb500653y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Photo-controllable Hydrogen Sulfide Donor Applicable in Live Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoki Fukushima, Naoya Ieda, Mitsuyasu Kawaguchi, Kiyoshi Sasakura, Tetsuo Nagano, Kenjiro Hanaoka, Naoki Miyata, Hidehiko Nakagawa
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 巻: 25 ページ: 175-178
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2014.11.084
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorescent Probes for Hydrogen Sulfide (H2S) and Sulfane Sulfur and Their Applications to Biological Studies (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Shimamoto, Kenjiro Hanaoka
  • 雑誌名: Nitric Oxide 巻: 46 ページ: 72-79
  • DOI: 10.1016/j.niox.2014.11.008
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Silicon-substituted Xanthene Dyes and Their Applications in Bioimaging (2015)
  • 著者名/発表者名: Yu Kushida, Tetsuo Nagano, Kenjiro Hanaoka
  • 雑誌名: Analyst 巻: 140 ページ: 685-695
  • DOI: 10.1039/c4an01172d
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fluorometric Assay of Integrin Activity with a Small-molecular Probe that Senses the Binding Site Microenvironment (2014)
  • 著者名/発表者名: Toru Komatsu, Aoi Takeda, Kenjiro Hanaoka, Takuya Terai, Tasuku Ueno, Yukio Tada, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 50 ページ: 15894-15896
  • DOI: 10.1039/C4CC05591H
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytoprotective Effects of Hydrogen Sulfide-releasing N-Methyl-D-aspartate Receptor Antagonists Mediated by Intracellular Sulfane Sulfur (2014)
  • 著者名/発表者名: Eizo Marutani, Masahiro Sakaguchi, Wei Chen, Kiyoshi Sasakura, Jifeng Liu, Ming Xian, Kenjiro Hanaoka, Tetsuo Nagano, Fumito Ichinose
  • 雑誌名: MedChemComm 巻: 5 ページ: 1577-1583
  • DOI: 10.1039/C4MD00180J
  • 査読あり
• [雑誌論文] Boron Dipyrromethene as a Fluorescent Caging Group for Single-photon Uncaging with Long-wavelength Visible Light (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Umeda, Hironori Takahashi, Mako Kamiya, Tasuku Ueno, Toru Komatsu, Takuya Terai, Kenjiro Hanaoka, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 9 ページ: 2242-2246
  • DOI: 10.1021/cb500525p
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design Strategy for Small Molecule-based Targeted MRI Contrast Agents: Application for Detection of Atherosclerotic Plaques (2014)
  • 著者名/発表者名: Shimpei Iwaki, Kazuya Hokamura, Mikako Ogawa, Yasuo Takehara, Yasuaki Muramatsu, Takehiro Yamane, Kazuhisa Hirabayashi, Yuji Morimoto, Kohsuke Hagisawa, Kazuhide Nakahara, Tomoko Mineno, Takuya Terai, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Keita Tamura, Yusuke Adachi, Yasunobu Hirata, Makoto Arita, Kenjiro Hanaoka, et al.
  • 雑誌名: Organic & Biomolecular Chemistry 巻: 12 ページ: 8611-8618
  • DOI: 10.1039/C4OB01270D
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rapidly Rendering Cells Phagocytic Through a Cell-surface Display Technique and Concurrent Rac Activation (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Onuma, Toru Komatsu, Makoto Arita, Kenjiro Hanaoka, Tasuku Ueno, Takuya Terai, Tetsuo Nagano, Takanari Inoue
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 7 ページ: 334, rs4
  • DOI: 10.1126/scisignal.2005123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Practical Fluorescence Detection of Acrolein in Human Plasma via a Two-step Tethering Approach (2014)
  • 著者名/発表者名: Masataka Togashi, Takuya Terai, Hirotatsu Kojima, Kenjiro Hanaoka, Kazuei Igarashi, Yasunobu Hirata, Yasuteru Urano, Tetsuo Nagano
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 50 ページ: 14946-14948
  • DOI: 10.1039/C4CC02578D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal or Mechanical Stimuli-induced Photoluminescence Color Change of Molecular Assembly Composed of An Amphiphilic Anthracene Derivative in Water (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshimitsu Sagara, Toru Komatsu, Takuya Terai, Tasuku Ueno, Kenjiro Hanaoka, Takashi Kato, Tetsuo Nagano
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 20 ページ: 10397-10403
  • DOI: 10.1002/chem.201403025
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective Ablation of β-Galactosidase-expressing Cells with a Rationally Designed Activatable Photosensitizer (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Ichikawa, Mako Kamiya, Fumiaki Obata, Masayuki Miura, Takuya Terai, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Kenjiro Hanaoka, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 53 ページ: 6772-6775
  • DOI: 10.1002/anie.201403221
  • 査読あり
• [雑誌論文] Primary hepatocytes from mice lacking cysteine dioxygenase show increased cysteine concentrations and higher rates of metabolism of cysteine to hydrogen sulfide and thiosulfate (2014)
  • 著者名/発表者名: Halina Jurkowska, Heather B. Roman, Lawrence L. Hirschberger, Kiyoshi Sasakura, Tetsuo Nagano, Kenjiro Hanaoka, Jakub Krijt, Martha H. Stipanuk
  • 雑誌名: Amino Acids 巻: 46 ページ: 1353-1365
  • DOI: 10.1007/s00726-014-1700-8
  • 査読あり
• [学会発表] 新たな近赤外光領域消光団の開発とその応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 花岡健二郎、明珍琢也、浦野泰照
  • 学会等名: 日本薬学会第135年会
  • 発表場所: 神戸学院大学 (神戸)
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-28
• [学会発表] 炭酸脱水素酵素を検出するoff/on型蛍光プローブの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 髙橋翔大、花岡健二郎、浦野泰照
  • 学会等名: 日本薬学会第135年会
  • 発表場所: 神戸学院大学 (神戸)
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-28
• [学会発表] 新規蛍光団の創製から拓く蛍光イメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 花岡 健二郎
  • 学会等名: 名古屋大学革新ナノバイオデバイス研究センターシンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学 (名古屋）
  • 年月日: 2014-11-21 – 2014-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] Development of a Red Fluorescence Probe for Monitoring Dynamics of Cytoplasmic Calcium Ion (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenjiro Hanaoka, Takahiro Egawa, Kazuhisa Hirabayashi, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • 学会等名: ICBS 2014 (3rd Annual Conference of the International Chemical Biology Society)
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2014-11-17 – 2014-11-19
• [学会発表] 新規蛍光団の創製から拓く蛍光イメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 花岡 健二郎
  • 学会等名: SPI in vivo イメージングフォーラム2014
  • 発表場所: コクヨホール (品川)
  • 年月日: 2014-10-23 – 2014-10-24
  • 招待講演
• [学会発表] ケイ素置換フルオレセインの化学平衡の解析と蛍光プローブへの展開 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平林和久、花岡健二郎、高柳俊夫、長野哲雄、浦野泰照
  • 学会等名: 第8回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス (岡山)
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] 新規蛍光団の創製から拓く蛍光イメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 花岡 健二郎
  • 学会等名: 第二回生体分子サイエンスセミナー
  • 発表場所: すずかけ台キャンパス (東京工業大学)
  • 年月日: 2014-09-02 – 2014-09-02
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Far-red to Near-infrared Small-molecule Fluorophores and their Applications to Multicolor Imaging (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenjiro Hanaoka
  • 学会等名: China/Japan Young Chemists Forum (Molecular Imaging for Chemical Biology)
  • 発表場所: Peking, China
  • 年月日: 2014-08-05 – 2014-08-05
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Red Fluorescence Probe for Momitoring Dynamics of Cytoplasmic Calcium Ion (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Egawa, Tetsuo Nagano, Kenjiro Hanaoka
  • 学会等名: 第37回内藤コンファレンス
  • 発表場所: ヒルトンニセコビレッジ (北海道)
  • 年月日: 2014-07-15 – 2014-07-18
• [学会発表] Novel design strategy of fluorescence probes to detect hypoxia (2014)
  • 著者名/発表者名: Wen Piao
  • 学会等名: 第37回内藤コンファレンス
  • 発表場所: ヒルトンニセコビレッジ (北海道)
  • 年月日: 2014-07-15 – 2014-07-18
• [学会発表] 分子内回転を利用した近赤外消光団および蛍光プローブの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 花岡健二郎、明珍琢也、長野哲雄、浦野泰照
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会第9回年会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス (大阪府)
  • 年月日: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [学会発表] TICT状態を利用した炭酸脱水素酵素を検出する蛍光プローブの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 髙橋翔大、花岡健二郎、浦野泰照
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会第9回年会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス (大阪府)
  • 年月日: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [学会発表] Development of Fluorescence Probes to Detect Hypoxia and Their Applications (2014)
  • 著者名/発表者名: Wen Piao Kenjiro Hanaoka, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • 学会等名: Gordon Conference (Bioorganic Chemistry)
  • 発表場所: Boston （USA）
  • 年月日: 2014-06-08 – 2014-06-14
• [学会発表] Development of a H2S Fluorescent Probe and its Application to Inhibitor Screening for H2S Producing Enzyme (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenjiro Hanaoka
  • 学会等名: Third International Conference on H2S in Biology and Medicine
  • 発表場所: 京都大学芝蘭会館 （京都）
  • 年月日: 2014-06-04 – 2014-06-06
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Hypoxia-Sensitive Fluorescence Probes (2014)
  • 著者名/発表者名: Wen Piao, Kenjiro Hanaoka, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • 学会等名: Third International Conference on H2S in Biology and Medicine
  • 発表場所: 京都大学芝蘭会館 （京都）
  • 年月日: 2014-06-04 – 2014-06-06
• [学会発表] 分子内回転を利用した近赤外消光団および近赤外蛍光プローブの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 花岡健二郎、明珍琢也、浦野泰照
  • 学会等名: 第9回日本分子イメージング学会学術集会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター (大阪)
  • 年月日: 2014-05-22 – 2014-05-23
• [学会発表] 低酸素環境を検出する新規近赤外蛍光プローブの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 朴文、花岡健二郎、長野哲雄、浦野泰照
  • 学会等名: 第9回日本分子イメージング学会学術集会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター (大阪)
  • 年月日: 2014-05-22 – 2014-05-23
• [学会発表] TICT状態機構を利用した炭酸脱水素酵素IX検出蛍光プローブの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 髙橋翔大、花岡健二郎、浦野泰照
  • 学会等名: 第9回日本分子イメージング学会学術集会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター (大阪)
  • 年月日: 2014-05-22 – 2014-05-23
• [学会発表] Development of Far-red to Near-Infrared Small-molecule Fluorophores and their Applications to Multicolor Imaging (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenjiro Hanaoka
  • 学会等名: EUROPT(R)ODE XII Conference on Optical Chemical Sensors & Biosensors
  • 発表場所: Athens, Greece
  • 年月日: 2014-04-13 – 2014-04-16
  • 招待講演
• [備考] 東京大学大学院薬学系研究科 薬品代謝化学教室
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~taisha/
• [産業財産権] sulfane sulfur選択的蛍光プローブの開発 (2015)
  • 発明者名: 花岡 健二郎、島本 一史、浦野 泰照
  • 権利者名: 国立大学法人 東京大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 62/118558
  • 出願年月日: 2015-02-20
  • 外国
• [産業財産権] 炭酸脱水素酵素検出用蛍光プローブ (2014)
  • 発明者名: 花岡 健二郎、高橋 翔大、長野 哲雄、浦野 泰照
  • 権利者名: 国立大学法人 東京大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2014-100772
  • 出願年月日: 2014-05-14