画期的分子技術によるヘムの組織三次元イメージングとオミクス解析

使用创新分子技术进行三维血红素组织成像和组学分析

• 批准号: 22KJ2578
• 负责人: 垣内 亮
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Gifu Pharmaceutical University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2578/
• 关键词: 遊離ヘム; ヘムイメージング; 組織イメージング; 生体分子修飾化反応; 蛍光標識

当該年度では、ヘムによって活性化され生体分子を修飾化するフェニレンジアミン-N-オキシド（PDANO）構造を開発した。また、PDANO構造に蛍光色素を導入したMtAANoxを合成し、機能を評価した。まず、モデルタンパク質（BSA）を用い、水溶液中での蛍光標識効率を評価した。水溶液中でMtAANoxをBSA存在下、へムと反応させ、蛍光ゲルイメージングを行った。その結果、BSA由来のバンドから蛍光シグナルが検出され、蛍光ラベル化が進行したことを確認した。次に、細胞内での蛍光標識効率を評価した。あらかじめ5-アミノレブリン酸（5-ALA）を投与してヘムの生合成を誘導した後に、MtAANoxを生細胞に添加し、未反応のプローブを洗浄後、蛍光イメージングを行った。その結果、ヘム生合成誘導群で強い蛍光シグナルが検出され、細胞内でも十分な蛍光標識効率を示した。以上の結果をうけて、組織イメージング実験へと適応した。ここでは、イメージングによってヘムを検出した例がない脳を標的臓器とし、組織イメージングを実施した。マウスに5-ALAを経口投与してヘムの生合成を誘導した後、MtAANoxを脳室内投与し、脳の凍結切片を作成してイメージングを行った。その結果、コントロール群と比べて、5-ALA投与群で強い蛍光が検出された。現在、MtAANoxが染色されている神経細胞について調査中ではあるが、脳内のヘムを検出することに世界で初めて成功した。以上の結果から、ヘムの生体内挙動解明のための有用な分析手法が不足している現状において、MtAANoxはヘムの生体内挙動・機能の解析に利用できる強力なツールとなることが期待できる。特に、MtAANoxはヘムの局所濃度に応じた蛍光標識が進行するため、脳などの生体組織でのヘムイメージングに適用でき、1細胞レベルでの遊離ヘム濃度分布の調査に活用することできる。

在本财年，我们开发了一种苯二胺-N-氧化物（PDANO）结构，该结构由血红素激活以修饰生物分子。我们还合成了 MtAANox，它在 PDANO 结构中引入了荧光染料，并评估了其功能。首先，我们使用模型蛋白（BSA）评估了水溶液中的荧光标记效率。 MtAANox 在 BSA 存在的水溶液中与血红素反应，并进行荧光凝胶成像。结果，从源自BSA的条带检测到荧光信号，证实荧光标记已经进行。接下来，评价细胞内荧光标记效率。预给予5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）诱导血红素生物合成后，将MtAANox添加到活细胞中，洗掉未反应的探针，然后进行荧光成像。结果，在血红素生物合成诱导组中检测到强烈的荧光信号，表明即使在细胞内也具有足够的荧光标记效率。基于上述结果，我们适应了组织成像实验。在这里，使用大脑作为目标器官进行组织成像，之前尚未通过成像检测到血红素。给小鼠口服5-ALA诱导血红素生物合成后，脑室内注射MtAANox，制备冰冻脑切片并成像。结果，与对照组相比，5-ALA施用组检测到更强的荧光。尽管我们目前正在研究用 MtAANox 染色的神经元，但我们在世界上首次成功检测到大脑中的血红素。基于上述结果，鉴于目前缺乏阐明血红素体内行为的有用分析方法，MtAANox有望成为分析血红素体内行为和功能的强大工具。特别是，MtAANox 可应用于大脑等活体组织中的血红素成像，因为荧光标记根据血红素的局部浓度进行，并且可用于研究单细胞水平的游离血红素浓度分布。

项目成果

組織イメージングを指向したヘム選択的生体分子修飾化剤の開発

用于组织成像的血红素选择性生物分子修饰剂的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 垣内 亮;平山 祐;辻 翔平;嶋澤 雅光;田村 朋則;浜地 格;辻 美恵子;永澤 秀子
• 通讯作者: 永澤 秀子

Development of heme-selective biomolecule-labeling probes for omics analysis and tissue imaging

开发用于组学分析和组织成像的血红素选择性生物分子标记探针

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Kakiuchi;T. Hirayama;S. Tsuji;M. Shimazawa;T. Tamura;I. Hamachi;M. Tsuji;H. Nagasawa
• 通讯作者: H. Nagasawa

オミクス解析と組織イメージングを指向したヘム選択的生体分子修飾化剤の開発

开发用于组学分析和组织成像的血红素选择性生物分子修饰剂

• 发表时间: 2022
• 作者: 垣内 亮;平山 祐;辻 翔平;嶋澤 雅光;田村 朋則;浜地 格;辻 美恵子;永澤 秀子
• 通讯作者: 永澤 秀子