【研究分野】分析化学

【研究領域課題番号】26220805 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バイオ分析 / イメージング / 光操作 / 蛍光 / 発光 / ＲＮＡ / ＧＰＣＲ / スクリーニング / RNA / GPCR / 蛍光イメージング / アポトーシス / 生体材料 / 可視化

【研究成果の概要】

生細胞内の分子の素過程をネットワークとして理解するために，生体分子を可視化および操作するための新たな分析方法を確立した．具体的には，１）小数生体分子の可視化・定量法，２）光による酵素活性制御法，３）Gタンパク質共役受容体活性を制御する光操作法を開発した．開発した方法は，基礎生命科学研究の基盤技術になるとともに，医学や農学や創薬分野等における革新的技術となる．

【研究の社会的意義】

本研究では，個々の分子反応の素過程を追究する分子科学と，要素還元的に現象の解明を試みる生命科学との中核に位置し，分野横断的な研究領域を開拓する新規分析法を創出した．成果は国内外に情報発信を行い高い反響を得てきた．実際，国内外の異分野の研究者と共同研究が進んでおり，これまでに海外共同研究の成果として18件のoriginal papersを報告している．またプローブや光操作ツールのmaterial供与を国内外の研究者から依頼され，これまでに40件以上の研究者に遺伝子を供与してきた．さらに国内外での技術指導を積極的に展開することにより，開発した技術は分野の垣根を越えて大きな波及効果を生み出している．

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2014-05-30 - 2019-03-31

【配分額】195,260千円 (直接経費: 150,200千円、間接経費: 45,060千円)

【研究分野】生体関連化学

【研究領域課題番号】23655152 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生体機能関連化学 / 生物発光 / 細胞 / 生体 / イメージング / プローブ / ルシフェラーゼ / ガン細胞 / 転移 / 可視化 / エネルギー移動 / 蛍光

【研究成果の概要】

本研究では,海洋生物である橈脚類(ガウシア・プリンセプス)由来のルシフェラーゼを出発物質として,超高輝度の変異体を論理的に開発した.ガウシアルシフェラーゼの酵素活性中心を推定し,部位特異的アミノ酸変異導入を行った.開発した変異体の中には,オリジナルのガウシアルシフェラーゼに比べて,10倍程度高輝度化した変異体や,スペクトルが33nm長波長化した変異体が含まれ,これらはバイオアッセイにおいて非常に有用なツールを提供する.この変異体の有用性は,BALB/cヌードマウスにおいて,当該ルシフェラーゼ変異体を発現するマウスB16メラノーマ細胞の肺への変異を高感度に可視化できたことでも明らかである.

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】流体工学

【研究領域課題番号】19206022 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マイクロ流体 / 流体計測 / 粒子画像流速測定法 / 可視化 / 流体工学 / 熱工学 / PIV / 蛍光 / マイクロ熱流体 / マイクロPIV / 燐光

【研究成果の概要】

本研究ではデフォーカス法をベースとしたマイクロ四次元PIVシステムの開発を行った.顕微鏡観察条件下では焦点面から奥行き方向にずれた位置に存在する粒子の像が焦点面からの距離に応じたピンボケ像になる.これを利用し,ピンボケ量の時間変化から奥行き方向の速度を算出するシステムを開発した.また,ピンボケの度合いが異なる粒子像を追跡すれば,奥行き方向に異なる位置における流速を測定可能である.この手法によりマイクロミキサ内の非線形複雑流動を評価した.更にスカラー量の同時計測手法の開発を行った.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】48,490千円 (直接経費: 37,300千円、間接経費: 11,190千円)

【研究分野】化学系薬学

【研究領域課題番号】19790010 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

CXCR4 / アンタゴニスト / 蛍光 / イメージング / インターナリゼーション / 可視化 / スクリーニング / 薬学 / 蛋白質

【研究成果の概要】

HIV感染、種々の固形癌の転移や血液癌の進行、慢性関節リウマチの炎症等に関与しているケモカイン受容体CXCR4に対して特異的に結合する蛍光性アンタゴニストの開発に成功した。この蛍光性アンタゴニストは、CXCR4リガンド候補化合物のスクリーニングプローブ、および細胞表面に存在するCXCR4の蛍光イメージングプローブとして有用であることを明らかにした。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,690千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 390千円)

【研究分野】創薬化学

【研究領域課題番号】17689006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子認識 / 生体分子 / 分析科学 / 薬学 / 有機化学 / 可視化 / 診断 / 蛍光

【研究成果の概要】

ヘムやメラニン、水などの生体構成物質による吸収が少ないため組織透過性が良く、かつ、生体の放つ自家蛍光がないためノイズの原因となるバックグラウンド蛍光が無視できる近赤外領域に着目し、生体成分のダイナミックな量変動をin vivoで非侵襲的に画像として捉えることができる機能性近赤外蛍光プローブの創製を目指して研究を進めた。
昨年度までに開発に成功した亜鉛イオン、pHをモニターできる近赤外蛍光プローブをマウスやラットなどの小動物体内でのイメージングに供し、実体蛍光顕微鏡やマクロ蛍光観察システム、蛍光内視鏡などを用い、体内動態やどのようなシグナルを得ることができるかを精査し、分子設計にフィードバックした結果、ポリエチレングリコール鎖などを部分構造として導入して、水溶性を増加させ、観察により適する構造を導いた。また、それらを用いた生体イメージングを試み、マウスにプローブを経口投与して、胃外から胃内の蛍光観察を行ったところ、薬物によるpH変化を示す蛍光画像の取得に成功した。
さらに生体内において様々な作用を有する小分子として特に注目されている活性酸素種を検出するために、その共役二重鎖への反応性に着目した新たな近赤外蛍光プローブを開発した。今後本プローブを用いて、様々な活性酸素種に依存した生命現象を動物を生かしたまま観察し、混沌とした活性酸素に関連する現象を明らかにすると同時に、より実用的なプローブへと必要に応じ、構造に情報をフィードバックして改良していきたい。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】29,640千円 (直接経費: 22,800千円、間接経費: 6,840千円)

【研究分野】生物物理学

【研究領域課題番号】16370071 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子イメージング / 蛍光プローブ / MRI / 近赤外発光 / 光誘起電子移動 / 蛍光 / レシオ / 亜鉛 / バイオイメージング / 可視化 / 長寿命蛍光 / 超寿命蛍光 / 一酸化窒素 / 蛍光顕微鏡 / DAC

【研究成果の概要】

本研究は,生体分子(生理活性種・酵素・受容体・遺伝子など)を動的に可視化することにより,生理機能解析法を開発することを目的としている。放射線被曝がなく非侵襲的で,かつ体外からの高感度検出が可能である蛍光法や核磁気共鳴法(MRI)などの分光学的手法に基づき,生組織,生体系、特にin vivo系を試料とした「生きている状態」における生体分子をそれぞれの作用部位において直接検出し,時々刻々の変化を画像として捉えるプローブを開発するものである。開発したプローブは可視化と同時に、臨床検査薬などの実用的な応用を目指す。研究期間内に、1.in vivo系に適用可能な近赤外領域発光の蛍光可視化プローブ、2.機能性MRI画像化プローブ、3.長寿命型蛍光可視化プローブの3テーマに焦点を絞って新規プローブの開発を行った。その結果、1.のテーマに関しては、in vivo系に適用可能な近赤外領域発光の一酸化窒素に特異的な蛍光可視化プローブDACs(DAC-P & DAC-S)、亜鉛イオン可視化プローブおよびpH感受性プローブの開発に成功した。2.のテーマに関しては、Gd^<3+>錯体を基盤に、Zn^<2+>と複合錯体を形成することで水の緩和時間を変化させることを原理とした世界で初めてMRI用亜鉛イオンプローブの開発に成功した。更に遺伝子発現をモニターできるMRI用ベータガラクトシダーゼプローブの開発にも成功している。3.のテーマに関しては、実用的な新規ロイシンアミノペプチダーゼ(LAP)活性測定用臨床検査試薬の開発に成功した。また、2型糖尿病に関連しているdipeptidyl peptidase(DPP)4酵素の活性測定用蛍光ランタノイド錯体の開発にも成功した。DPP4阻害剤のスクリーニングに応用でき、医薬品開発の有用である。上記したように、本研究費補助金で極めて画期的数多くの成果が得られた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2007

【配分額】16,410千円 (直接経費: 15,600千円、間接経費: 810千円)