超高速時間分解計測・高度計算科学による酵素内反応追跡に向けた化合物最適化技術開発

使用超高速时间分辨测量和先进的计算科学开发用于跟踪酶内反应的化合物优化技术

• 批准号: 21K04989
• 负责人: 樋山 みやび
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04989/
• 关键词: ケージドルシフェリン; 光開裂量子収率; 光開裂断面積; 光褪色量子収率; 光褪色断面積; ホタルルシフェリン; ケージド化合物; 生物発光

光照射によりホタルルシフェリン（以下、ルシフェリンとする）を生成するケージドルシフェリンは、生体内in vivoイメージングへの応用が期待される。この光照射型ケージドルシフェリンに対して、光照射によるケージド基開裂過程の詳細を明らかにし、ケージド化合物の評価方法を確立するためには、高純度の結晶が必要である。当研究室にて独独自に開発したケージドルシフェリン7-diethylaminocoumarin-4-yl)methyl-caged D-luciferin (DEACM-ケージドルシフェリン)に対して、純度測定・吸収測定・光解離実験を行う必要があるため、まず、DEACM-ケージドルシフェリン合成方法の改良を試みた。その結果、これまでよりも多く（112mg）、さらに、純度の高い(約96%)化合物の合成に成功した。2021年度に、標準的なホタル生物発光の発光量子収率は41%であること、および、発光量（生物発光スペクトルのスペクトル積算値）からルシフェリン の分子数を見積もることができることを示した。そこで2022年度は上記の生物発光方法を利用し、光照射したDEACMケージドルシフェリンから生成したD-ルシフェリンの分子数を定量した。照射光には、水銀ランプと405nmおよび325nmのフィルターを組み合わせ、405nmと325nmの光を用いた。DEACMケージドルシフェリンから生成したD-ルシフェリン分子数と光照射時間の関係から、光開裂を定量的に示す物理量である光開裂量子収率および光開裂断面積を決定した。その結果、DEACMケージドルシフェリンの光開裂量子収率は325 nm光照射の場合5.41×10-4、405 nm であり光照射の場合6.23×10-5 であることがわかった。すなわち、ケージド化合物の定量的な評価方法を確立することができた。

笼状荧光素在光照射下产生萤火虫荧光素（以下简称荧光素），有望应用于体内成像。对于这种光照射的笼状荧光素，需要高纯度的晶体来阐明光照射下笼状基团裂解过程的细节，并建立评价笼状化合物的方法。由于需要对我们实验室最初开发的笼状荧光素（7-二乙氨基香豆素-4-基）甲基笼状D-荧光素（DEACM-笼状荧光素）进行纯度测量、吸收测量和光解离实验，因此，我们首先对笼状荧光素进行了纯度测量、吸收测量和光解离实验。尝试改进DEACM笼式荧光素合成方法。结果，他们成功合成了一种比以往更大数量（112 毫克）且纯度更高（约 96%）的化合物。 2021年，我们发现标准萤火虫生物发光的发光量子产率为41%，并且可以从发光量（生物发光光谱的光谱积分值）估计荧光素分子的数量。因此，在2022年，我们使用上述生物发光方法对光照射的DEACM笼状荧光素产生的D-荧光素分子的数量进行了定量。对于照射光，通过组合水银灯和405nm和325nm滤光器而使用405nm和325nm光。光裂解量子产率和光裂解截面是定量指示光裂解的物理量，由DEACM笼状荧光素产生的D-荧光素分子数与光照射时间之间的关系确定。结果发现，DEACM笼蔽荧光素的光裂解量子产率在用325nm的光照射时为5.41×10-4，在用405nm的光照射时为6.23×10-5。换句话说，我们能够建立笼状化合物的定量评价方法。

项目成果

Photo-cleaving and photo-bleaching quantum yields of coumarin-caged luciferin

香豆素笼荧光素的光裂解和光漂白量子产率

• DOI: 10.1016/j.jphotochem.2022.114230
• 发表时间: 2023
• 作者: Kumagai Ryo;Ono Ryohei;Sakimoto Shu;Suzuki Chiharu;Kanno Ken;Aoyama Hiroshi;Usukura Junko;Kobayashi Masataka;Akiyama Hidefumi;Itabashi Hideyuki;Hiyama Miyabi
• 通讯作者: Hiyama Miyabi

新規光解離型ケージドルシフェリンの開発

新型光裂解笼状荧光素的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 勝見渓太;菅野研一郎;板橋英之;樋山みやび
• 通讯作者: 樋山みやび

ホタル生物発光基質類似体AkaLumineの吸収スペクトルにおけるpH依存性

萤火虫生物发光底物类似物 AkaLumine 吸收光谱的 pH 依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: 小川晴寿; 小野稜平; 野口良史; 北田昇雄; 森屋亮平; 牧 昌次郎; 秋山英文; 板橋英之; 樋山みやび
• 通讯作者: 樋山みやび

Absorption Spectra for Firefly Bioluminescence Substrate Analog:TokeOni in Various pH Solutions

萤火虫生物发光底物类似物：TokeOni 在各种 pH 溶液中的吸收光谱

• DOI: 10.1111/php.13458
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 3.3
• 作者: Haruhisa Ogawa; Ryohei Ono; Yoshifumi Noguchi; Nobuo Kitada; Ryohei Saito;Miyabi Hiyama
• 通讯作者: Miyabi Hiyama

北米産ホタルルシフェラーゼ環境下でのAkaLumineの吸収測定

北美萤火虫荧光素酶环境下 AkaLumine 的吸收测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 大澤敬太; 小野稜平;野口良史; 北田昇雄; 森屋亮平;平野 誉;牧 昌次郎; 小林真隆; 秋山英文; 板橋英之; 樋山みやび
• 通讯作者: 樋山みやび