Development of pyrene-based solvatochromic fluorescent dyes for dynamics study on the lipid membranes of extracellular vesicles

开发用于细胞外囊泡脂质膜动力学研究的芘基溶剂化显色荧光染料

• 批准号: 22KJ2367
• 负责人: 関 仁望
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Kochi 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 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2367/
• 关键词: 蛍光ソルバトクロミック色素; 蛍光色素; 細胞外小胞; エクソソーム; 脂質膜; 脂質ラフト; 蛍光イメージング; バイオイメージング

生細胞を囲む脂質膜中には脂質ラフトと呼ばれる膜ドメインが存在し、同部位において細胞間の情報伝達や物質取り込みが行われていると考えられていることから、脂質膜の動態観察は細胞機能を理解する上で極めて重要な取り組みとなっている。この脂質膜を有するオルガネラとしてエクソソーム（EVs）が挙げられる。細胞外小胞の一つであるEVsは細胞間の情報伝達に関与することが明らかになっており、EVsを介した細胞間伝達の機能不全によって免疫疾患や神経疾患といった様々な疾患が引き起こされると考えられている。本研究課題ではそのEVsの脂質膜に着目し、EVsの脂質膜を標的とした新規蛍光ソルバトクロミック色素を開発することで、EVsを囲む脂質膜の組成（脂質の種類やコレステロールの分布）、物理的性質（極性や粘性等）や動態を明らかにし、EVsの諸機能における脂質膜の役割の解明を目指す。今年度は、EVs脂質膜の解析に最適な蛍光ソルバトクロミック色素の設計・合成に取り組んだ。以前開発した蛍光ソルバトクロミック色素PKは、鋭敏な蛍光ソルバトクロミズム特性と高い光安定性を示すものの、脂質膜への局在性が低いという課題点があった。そのため、PKの優れた光機能性を維持しつつ脂質膜への吸着性を持った新規蛍光ソルバトクロミック色素の開発を目指した。その結果、アニオン性アンカー部位をPKの電子ドナー部位に導入した色素と電子アクセプター部位に導入した色素の2種類の蛍光ソルバトクロミック色素の合成に成功し、いずれの色素もPKの優れた光機能性を維持していることがわかった。また、人工脂質膜であるリポソームに対する応答性を確認したところ、どちらもリポソームに吸着し、そのリポソームを構成する脂質の組成に応答して、異なる組成からなるリポソームを区別することに成功した。この結果から、EVs脂質膜の解析を行う上で開発した色素が有用であるといえる。

被称为脂筏的膜结构域存在于活细胞周围的脂膜中，人们认为细胞之间的通讯和物质摄取发生在这些区域，这是理解其功能的极其重要的努力。外泌体（EV）是具有脂质膜的细胞器的例子。 EVs是细胞外囊泡的一种，已知参与细胞间的通讯，并且EVs介导的细胞间通讯的功能障碍会导致多种疾病，例如免疫疾病和神经系统疾病。在这个研究项目中，我们将重点关注电动汽车的脂质膜，并开发一种针对电动汽车脂质膜的新型荧光溶剂化显色染料，我们的目标是阐明电动汽车脂质膜的物理性质（极性、粘度等）和动力学，并阐明其化学性质。脂质膜在 EV 的各种功能中的作用。今年，我们致力于设计和合成荧光溶剂化显色染料，该染料非常适合分析电动汽车脂质膜。尽管先前开发的荧光溶剂化显色染料PK表现出敏感的荧光溶剂化显色特性和较高的光稳定性，但其存在在脂膜中定位度低的问题。因此，我们的目标是开发一种新型荧光溶剂化变色染料，它可以吸附到脂质膜上，同时保持 PK 优异的光功能。结果，我们成功合成了两种类型的荧光溶剂化变色染料：一种是在PK的电子供体位点中引入阴离子锚定位点，另一种是在电子受体位点中引入阴离子锚定位点。发现性别得以维持。此外，当我们确认它们对作为人工脂质膜的脂质体的反应性时，我们发现两者都吸附到脂质体上，并且我们成功地根据构成脂质体的脂质的组成来区分具有不同组成的脂质体。这些结果表明所开发的染料可用于分析 EV 脂质膜。