Biochemistry of Flapping Fluorophores

扑动荧光团的生物化学

基本信息

批准号：
18F18335
负责人：
齊藤尚平
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-11-09 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究代表者が独自に開発した羽ばたく分子群FLAPは、蛍光粘度プローブや蛍光フォースプローブとしての機能が開拓されてきたが、その高いポテンシャルにもかかわらず、応用対象は高分子などの材料に限られてきた。本プロジェクトを通し、Nilanjan Dey博士とともにFLAPの超分子・バイオ展開を推進し、以下の成果が得られた。1) FLAP骨格に窒素原子を導入した新規N-FLAPの溶液に対して銀イオンを作用させることで、およそ24時間にも渡って多段階の発光スペクトル変化（緑から消光を経て黄色、さらに橙色へとレッドシフト）が観測された。これはN-FLAPと銀イオンとの弱い配位性相互作用により、二量体から１次元鎖状錯体、さらに２次元シート構造へと超分子的な成長に伴う発光変化と考えられる。ナノレベルの分子設計でこのような長時間にわたって多段階発光変化を示す系を創出できたことは意義深い。ただし、溶媒中の水分と超分子成長過程に相関があるようで、水分量を厳密に測定しながら再現実験を行う必要がある。　2) HeLa細胞中に内在するグルタチオンを利用して、細胞外部から取り込ませたシクロオクタテトラエン前駆体を選択的に反応させることで、細胞内FLAP合成に成功した。グルタチオンは酸化ストレスに応じて酸化型と還元型の比率を変えることで知られる生体機能分子である一方で、FLAPは局所粘度の定量に用いることができるため、夾雑系において複数の情報を引き出すことが期待できる。ただし現状では、合成したFLAPの蛍光量子収率が1%未満と低いため、細胞の自家蛍光との判別が難しく、FLAPの存在を確認するには細胞の破砕が必要である。今後、予め親水基を導入した前駆体を開発し、細胞内で合成したFLAPを利用して蛍光粘度イメージングへと応用する予定である。その他にも数多くの研究展開があった（報告参照）。

扑动分子基团FLAP最初是由首席研究员开发的，其功能是作为荧光粘度探针和荧光力探针，但尽管其潜力很大，但其应用仅限于聚合物等材料。。通过这个项目，我们与Nilanjan Dey博士一起推动了FLAP的超分子/生物开发，并获得了以下成果。 1) 将银离子添加到FLAP骨架中引入氮原子的新型N-FLAP溶液中，发射光谱在约24小时内发生多个阶段的变化（从绿色到淬灭、黄色，然后橙色）观察到红移。这被认为是由于N-FLAP和银离子之间的弱配位相互作用导致超分子从二聚体生长到一维链状复合物再到二维片状结构而引起的发光变化。重要的是，我们能够使用纳米级分子设计创建一个在很长一段时间内表现出多步发光变化的系统。然而，溶剂中的含水量与超分子生长过程之间似乎存在相关性，因此需要在严格测量含水量的同时进行再现实验。 2)通过使用HeLa细胞内源性谷胱甘肽选择性地反应从细胞外获取的环辛四烯前体，成功实现了细胞内FLAP合成。虽然谷胱甘肽是一种生物功能分子，已知会改变氧化形式和还原形式的比例以响应氧化应激，但 FLAP 可用于量化局部粘度，从而可以在受污染的系统中提取多种信息。然而，由于目前合成的FLAP的荧光量子产率较低，不足1%，很难将其与细胞自发荧光区分开来，需要破碎细胞来确认FLAP的存在。未来，我们计划开发一种预先引入亲水基团的前体，并将其应用于使用细胞内合成的FLAP的荧光粘度成像。还有许多其他研究进展（见报告）。