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。

活物细胞周围的脂质膜具有称为脂质筏的膜结构域，人们认为信息传递和物质吸收发生在同一部位的细胞之间，因此观察脂质膜动力学是理解细胞功能的极其重要的倡议。外泌体（EV）是带有这种脂质膜的细胞器。电动汽车是细胞外囊泡之一，已被证明与细胞之间的通信有关，人们认为通过电动汽车的细胞到细胞传播功能障碍会引起各种疾病，例如免疫和神经系统疾病。 This research topic focuses on the lipid membranes of EVs and develops a novel fluorescent solvatochromic dye targeting the lipid membranes of EVs, and aims to clarify the composition (type of lipid and distribution of cholesterol), physical properties (polarity, viscosity, etc.) and dynamics of the lipid membrane surrounding EVs, and to clarify the role of lipid membranes in the various电动汽车的功能。今年，我们从事荧光溶剂化染料的设计和合成，非常适合分析电动汽车脂质膜。先前开发的荧光溶性染料PK表现出敏感的荧光溶性特性和高光稳定性，但对脂质膜的定位较低。因此，我们旨在开发一种新型的荧光溶剂溶质染料，该染料保持PK的出色光功能，并吸附到脂质膜上。结果，成功合成了两种类型的荧光溶剂化染料：将阴离子锚固位点引入PK和染料的电子供体位点，其中将电子受体位点引入了电子受体位点，并发现两种染料都保持PK的优异光效果。此外，当确认对人造脂质膜的脂质体的反应性得到证实，并在脂质体上吸附，并在构成构成脂质体的脂质组成的响应上，它们能够区分不同组合物的脂质体。从这些结果可以说，开发用于分析EV脂质膜的颜料很有用。