Development of functional fluorescent probe for imaging osteocyte function and 4D nucleomics

开发用于骨细胞功能成像和 4D 核组学的功能荧光探针

基本信息

批准号：
21H04706
负责人：
菊地和也
金额：
$ 26.96万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、細胞内分子機能解明に加え生物個体における細胞機能を観察できる化学ツールの設計法を確立する。これまでの蛍光プローブ開発の発展型として化学分子設計と蛋白質科学技術と融合することで、in vivo解析へ応用可能な化学プローブへと深化させる。最終的にこれらのプローブを細胞から動物個体へ応用し、生物学における問題解決を目指す。本年度では(i)骨細胞機能を明らかにする二光子励起in vivoイメージングプローブの開発、および(ii)蛋白質の機能性分子ラベル化技術の開発によるオルガネラ成熟時の局所pH計測プローブの開発を進めた。(i)においては、従来の蛍光強度増強型のプローブでは達成できなかった骨組織におけるpHの定量評価系の確立のため、pHの低下により蛍光波長がシフトするレシオ型蛍光プローブの開発に取り組んだ。pHによって吸収が変化する色素をアクセプター色素としたFRET型のプローブを設計、合成した。ドナー側の色素を検討したところ、クマリン誘導体が破骨細胞が形成する低pH領域に応答してアクセプター側の色素とFRETを起こし、蛍光波長が変化することを確認した。(ii)においては、細胞外から物質を取り込むエンドサイトーシスにおいてエンドソームからリソソームへの成熟過程でpHが低下する様子を観察するため、タンパク質にタグを介してpH応答性のプローブをラベル化する手法の開発を行った。われわれの研究室で独自に開発したPYPタグによるラベル化法を用いるため、PYPのリガンドにpH応答性蛍光色素を導入したプローブを設計・合成した。本プローブはラベル化時に蛍光強度が上昇するだけでなく、pHに応答して蛍光波長がシフトすることが観察された。また、PYPタグのリガンドについて検討したところ、効率よくラベル化が起こる新たなリガンド構造を見出した。

在这项研究中，我们将建立一种设计化学工具的方法，可以观察到生物中的细胞功能，并阐明细胞内分子功能。通过将化学分子设计和蛋白质科学技术结合在一起，迄今为止，该系统将加深其化学探针，可用于体内分析。最后，这些探针从细胞到动物个体应用，目的是解决生物学问题。今年，我们一直在开发（i）两光子激发在体内成像探针中揭示骨细胞功能的探针，以及（ii）通过开发用于蛋白质功能性分子标记的技术在细胞器成熟过程中测量局部pH的探针。在（i）中，为了建立一个用于定量评估骨组织中pH的系统，而常规的荧光强度增强探针无法实现，我们一直致力于开发比率型荧光探针，其中荧光波长由于pH的下降而导致荧光波长变化。使用染料设计和合成了FRET型探针，其吸收因pH作为受体染料而变化。当检查供体侧染料时，证实香豆素衍生物响应于破骨细胞形成的低pH区域引起了受体侧染料的FRET，并且荧光波长发生了变化。在（ii）中，我们开发了一种通过标记来标记pH响应探针的方法，以观察到在成熟过程中从内体到内吞作用期间从内体到溶酶体的pH值下降，从而从细胞外部吸收物质。为了使用在我们的实验室中独立开发的PYP标签标记方法，我们设计并合成了探针，其中将pH响应性荧光染料引入了PYP配体中。据观察，该探针的荧光强度不仅在标记时增加，而且荧光波长响应于pH。此外，当我们研究了PYP标签的配体时，我们发现了一种新的配体结构，可有效标记。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

先端の分析法第2版（原理編第3章プローブ, MRIプローブ担当）

高级分析方法第二版（原理第3章探头、MRI探头）

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
澤田嗣郎;小澤岳昌;北森武彦;中村洋（東京理科大学名誉教授）;藤浪眞紀;宮村一夫;石丸洋一郎;浦野泰照;加地範匡;坂真智子;鈴木茂;瀬藤光利;宗林由樹;馬場嘉信;船津公人;本田暁紀;末永智一;宮野博;本山晃
通讯作者：
本山晃

Nano-particle based 19F MRI contrast agent with tunable chemical switches

具有可调化学开关的基于纳米颗粒的 19F MRI 造影剂

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Umegawa Yuichi;Yamamoto Tomoya;Dixit Mayank;Funahashi Kosuke;Seo Sangjae;Nakagawa Yasuo;Suzuki Taiga;Matsuoka Shigeru;Tsuchikawa Hiroshi;Hanashima Shinya;Oishi Tohru;Matsumori Nobuaki;Shinoda Wataru;Murata Michio;Kazuya Kikuchi
通讯作者：
Kazuya Kikuchi

Development of Off-On Switching 19F MRI Probes for Cathepsin K Activity Detection

用于组织蛋白酶 K 活性检测的开关 19F MRI 探针的开发

DOI：
10.1246/bcsj.20210099
发表时间：
2021
期刊：
Bulletin of the Chemical Society of Japan
影响因子：
4
作者：
Konishi Yuki;Okunishi Atsuya;Sugihara Fuminori;Nakamura Tatsuya;Akazawa Kazuki;Minoshima Masafumi;Kikuchi Kazuya
通讯作者：
Kikuchi Kazuya

Optical Manipulation of Subcellular Protein Translocation Using a Photoactivatable Covalent Labeling System

使用光激活共价标记系统对亚细胞蛋白质易位进行光学操作

DOI：
10.1002/anie.202016684
发表时间：
2021
期刊：
Angewandte Chemie International Edition
影响因子：
0
作者：
Kowada Toshiyuki;Arai Keisuke;Yoshimura Akimasa;Matsui Toshitaka;Kikuchi Kazuya;Mizukami Shin
通讯作者：
Mizukami Shin

Anti-Siglec-15 antibody suppresses bone resorption by inhibiting osteoclast multinucleation without attenuating bone formation