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。

今年，我们开发了一种苯二胺-N-氧化物（PDANO）结构，该结构被血红素和改良的生物分子激活。此外，MTAANOX合成了PDANO结构中的荧光染料，并评估了其功能。首先，使用模型蛋白（BSA）评估了水溶液中荧光标记的效率。在水溶液中BSA存在下，将mtaanox与HEM反应，并进行荧光凝胶成像。结果，从BSA衍生的频带中检测到荧光信号，并证实荧光标记已进行。然后评估荧光标记的效率。提前给予5-氨基乙烯酸（5-ALA）以诱导血红素生物合成后，将mtaanox添加到活细胞中，并洗涤未反应的探针，然后洗涤荧光成像。结果，在诱导血红素生物合成组中检测到强烈的荧光信号，并且在细胞中还显示了足够的荧光标记效率。通过上述结果，患者适应组织成像实验。在这里，使用目标器官对尚未通过成像检测到的大脑进行组织成像。用5-ALA口服小鼠诱导血红素生物合成，然后在室内术中给予mtaanox，并制备并成像脑冷冻切除术。结果，与对照组相比，在5-ALA组中检测到更强的荧光。目前，我们正在调查用mtaanox染色的神经元，但它一直是世界上首次成功检测到大脑中血红素的发现。基于上述结果，在当前情况下，缺乏有用的分析方法来阐明血红素的体内行为，可以预期mtaanox是一种强大的工具，可用于分析血红素的体内行为和功能。特别是，根据局部血红素浓度，MTAANOX会经过荧光标记，并且可以应用于诸如大脑等生物组织中的血红素成像，可用于研究单细胞水平上游离血红素浓度的分布。

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