Development of functional fluorescent probe for imaging osteocyte function and 4D nucleomics

开发用于骨细胞功能成像和 4D 核组学的功能荧光探针

• 批准号: 21H04706
• 负责人: 菊地 和也
• 金额: $ 26.96万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04706/
• 关键词: 蛍光プローブ; in vivoイメージング; 蛋白質ラベル化; pH計測; 蛋白質局在; 骨細胞; オルガネラ成熟; 化学プローブ; 蛍光イメージング; 破骨細胞; ゲノム動態可視化

本研究では、細胞内分子機能解明に加え生物個体における細胞機能を観察できる化学ツールの設計法を確立する。これまでの蛍光プローブ開発の発展型として化学分子設計と蛋白質科学技術と融合することで、in vivo解析へ応用可能な化学プローブへと深化させる。最終的にこれらのプローブを細胞から動物個体へ応用し、生物学における問題解決を目指す。本年度では(i)骨細胞機能を明らかにする二光子励起in vivoイメージングプローブの開発、および(ii)蛋白質の機能性分子ラベル化技術の開発によるオルガネラ成熟時の局所pH計測プローブの開発を進めた。(i)においては、従来の蛍光強度増強型のプローブでは達成できなかった骨組織におけるpHの定量評価系の確立のため、pHの低下により蛍光波長がシフトするレシオ型蛍光プローブの開発に取り組んだ。pHによって吸収が変化する色素をアクセプター色素としたFRET型のプローブを設計、合成した。ドナー側の色素を検討したところ、クマリン誘導体が破骨細胞が形成する低pH領域に応答してアクセプター側の色素とFRETを起こし、蛍光波長が変化することを確認した。(ii)においては、細胞外から物質を取り込むエンドサイトーシスにおいてエンドソームからリソソームへの成熟過程でpHが低下する様子を観察するため、タンパク質にタグを介してpH応答性のプローブをラベル化する手法の開発を行った。われわれの研究室で独自に開発したPYPタグによるラベル化法を用いるため、PYPのリガンドにpH応答性蛍光色素を導入したプローブを設計・合成した。本プローブはラベル化時に蛍光強度が上昇するだけでなく、pHに応答して蛍光波長がシフトすることが観察された。また、PYPタグのリガンドについて検討したところ、効率よくラベル化が起こる新たなリガンド構造を見出した。

This study aims to clarify the molecular function of cells and establish a chemical design method for the investigation of cell function in individual organisms. The development and development of this new technology is based on chemical molecular design, protein science and technology, fusion, in vivo analysis, and application of chemical technologies. The ultimate goal is to solve problems in biology and animal biology. This year, we have made progress in (i) the development of two-photon excitation in vivo for bone cell functional development, and (ii) the development of functional molecular synthesis techniques for proteins for local pH measurement at maturity. (i)In addition, the development of a quantitative evaluation system for bone tissue pH is achieved by increasing the intensity of light from the source and decreasing the pH of light from the source. The pigment of pH absorption is designed and synthesized. The pigment on the side of the osteoclast was detected by fluorescence microscopy and fluorescence microscopy. The results showed that the pigment on the side of osteoclast was detected by fluorescence microscopy and fluorescence microscopy. (ii)In addition, extracellular substances are selected from the group consisting of the following components: pH, pH, The research laboratory developed a new method for the design and synthesis of pH-responsive fluorescent pigments. The light intensity increases when the pH value increases, and the light wavelength increases when the pH value increases. The new structure of PYP is shown in the paper.

项目成果

先端の分析法 第2版（原理編第3章プローブ, MRIプローブ担当）

高级分析方法第二版（原理第3章探头、MRI探头）

• 发表时间: 2022
• 作者: 澤田 嗣郎;小澤 岳昌;北森 武彦;中村 洋（東京理科大学名誉教授）;藤浪 眞紀;宮村 一夫;石丸 洋一郎;浦野 泰照;加地 範匡;坂 真智子;鈴木 茂;瀬藤 光利;宗林 由樹;馬場 嘉信;船津 公人;本田 暁紀;末永 智一;宮野 博;本山 晃
• 通讯作者: 本山 晃

Nano-particle based 19F MRI contrast agent with tunable chemical switches

具有可调化学开关的基于纳米颗粒的 19F MRI 造影剂

• 发表时间: 2021
• 作者: Umegawa Yuichi;Yamamoto Tomoya;Dixit Mayank;Funahashi Kosuke;Seo Sangjae;Nakagawa Yasuo;Suzuki Taiga;Matsuoka Shigeru;Tsuchikawa Hiroshi;Hanashima Shinya;Oishi Tohru;Matsumori Nobuaki;Shinoda Wataru;Murata Michio;Kazuya Kikuchi
• 通讯作者: Kazuya Kikuchi

Development of Off-On Switching 19F MRI Probes for Cathepsin K Activity Detection

用于组织蛋白酶 K 活性检测的开关 19F MRI 探针的开发

• DOI: 10.1246/bcsj.20210099
• 发表时间: 2021
• 期刊: Bulletin of the Chemical Society of Japan
• 影响因子: 4
• 作者: Konishi Yuki;Okunishi Atsuya;Sugihara Fuminori;Nakamura Tatsuya;Akazawa Kazuki;Minoshima Masafumi;Kikuchi Kazuya
• 通讯作者: Kikuchi Kazuya

Optical Manipulation of Subcellular Protein Translocation Using a Photoactivatable Covalent Labeling System

使用光激活共价标记系统对亚细胞蛋白质易位进行光学操作

• DOI: 10.1002/anie.202016684
• 发表时间: 2021
• 期刊: Angewandte Chemie International Edition
• 作者: Kowada Toshiyuki;Arai Keisuke;Yoshimura Akimasa;Matsui Toshitaka;Kikuchi Kazuya;Mizukami Shin
• 通讯作者: Mizukami Shin

Anti-Siglec-15 antibody suppresses bone resorption by inhibiting osteoclast multinucleation without attenuating bone formation

• DOI: 10.1016/j.bone.2021.116095
• 发表时间: 2021-07-07
• 期刊: BONE
• 影响因子: 4.1
• 作者: Tsukazaki, Hiroyuki;Kikuta, Junichi;Ishii, Masaru
• 通讯作者: Ishii, Masaru