2024 Fiscal Year Final Research Report

Design of fluorescent probes for dynamic analysis of polysufides and proteins modified by polysulfidation

Research Project

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Project/Area Number	20K07006
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 47020:Pharmaceutical analytical chemistry and physicochemistry-related
Research Institution	Hyogo Medical University (2022-2024) Hyogo University of Health Sciences (2020-2021)
Principal Investigator	Maeda Hatsuo 兵庫医科大学, 薬学部, 教授 (00229311)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	塚本効司兵庫医科大学, 薬学部, 准教授 (00454794)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2025-03-31
Keywords	ポリスルフィド / スルフヒドリル化タンパク質 / 蛍光プローブ / バイオイメージング / 可視化計測
Outline of Final Research Achievements	To develop a fluorescent probe for detection of hydrogen polysulfides [H-S-(S)n-H, n > 1], we evaluated fluorescent properties of the fluorescein derivatives designed by tuning electron-withdrawing properties of the benzenesulfonyl group on 3′-(2,4-dinitrobenzenesulfonyl)-2′,7′-dimethylfluorescein, a probe for biothiols. As a result, the mono-protected fluorescein with a 2-nitrobenzenesulfonyl group (1c), readily prepared with commercially available reagents, had a remarkable property as a probe for H2Sn with respect to selectivity and sensitivity in a physiological condition. Although 1c itself was not able to apply to cell experiments due to its high hydrophilicity, the compound 3, derived from 1c by an acetylation, was cell-permeable and applicable to fluorescent imaging of H2Sn in HeLa cell. Based on these results, we designed FRET type fluorescent probe useful for ratiometry of polysulfides and S-sulfhydrated proteins, and yet our attempts were unsuccessful.
Free Research Field	バイオイメージング
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	生体内において生合成される硫化水素から発生するポリスルフィドは、神経伝達、血管緊張、細胞保護、炎症応答、血管新生などの制御因子として機能することが見出されている。また、その機能は、システイン残基をS-スルフヒドリル化することにより、それらの生命現象に関与するキナーゼなどのタンパク質を活性化することにより発現することも近年明らかにされている。しかし、ポリスルフィドならびにS-スルフヒドリル化タンパク質の細胞内ダイナミクス、血液内に存在するS-スルフヒドリル化タンパク質と疾患の関係については不明な点が多い。この問題点の解決に、本研究において開発した蛍光プローブは貢献すると期待される。