【研究分野】生体生命情報学

【研究領域課題番号】24240045 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 / 細胞内Mgイオン / パーキンソン病 / 細胞内Caイオン / 興奮電位 / iPS細胞 / 螢光イメージング / 細胞死 / バイオイメージング / 蛍光プローブ / 細胞内Mgイオン動態 / ミトコンドリア / Ｍｇ動員 / GABA / リン酸化酵素 / 新規Mgプローブ / FRET / 一酸化窒素（NO）

【研究成果の概要】

(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死させるMPP+（1-methyl- 4-phenylpyridinium ion）で処理した。細胞内Mgイオン濃度と細胞死は強く相関し、MgイオンがMPP+による細胞死を緩和することを突きとめた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】45,760千円 (直接経費: 35,200千円、間接経費: 10,560千円)

【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)

【研究分野】麻酔・蘇生学

【研究領域課題番号】13557132 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

heme oxygenase / Oxygen carrier / Hemoglobin / microcirculation / nitric oxide / bilirubin / carbon monoxide / Kupffer cells / NO / CO / 微小循環 / ヘモグロビン / バイオイメージング / ビリルビン / hme oxygenase / リポソーム / 一酸化炭素 / 酸素 / ヘムオキシゲナーゼ / シトクロームP450 / 肝臓

【研究成果の概要】

肝臓・網内系は修飾ヘモグロビン(Hb)の主要な代謝コンパートメントである。ショック病態で救急救命に使用できる酸素運搬体はこれらの病態においても肝臓の恒常性を維持しつつ循環動態を改善できるスペックを持つ必要がある。本研究ではショック病態の肝臓ではヘムの分解代謝の動態が劇的に変動し、通常では考えられないような速度で肝臓に取り込まれたヘムがbilirubinに変換されることを明らかにした。これはストレス応答によりヘム分解酵素であるheme oxygenase (HO)-1が肝臓実質とKupffer cellで誘導されるためである。このような状況で肝臓に大量のHbが負荷されると肝臓の血流と胆汁を維持しているCOが捕捉、消去されてしまうため、血流低下や胆汁低下を来たすことが明らかになった。ヘモグロビン(Hb)を径250ミクロン大のliposomeに封入、表面をpolyethylene glycolで修飾して、血小板活性化能のない新規脂質で安定化させた試料を投与すると、そのような急速なヘムの分解や分解系酵素の誘導が抑制され、肝臓の血流や胆汁分泌が維持された。またビリルビンの表面修飾によりNOによるHbのメト化も部分的に抑制された。本研究ではHb-based oxygen carrierを体内投与した際に生じうる血管内皮細胞の機能変動をin vivoで評価する系としてNOのbioimaging技術を確立し、腸間膜における血管内皮細胞由来のNOのリソースについて重要な知見を得た。これまでNOのリソースは血管内皮と神経系と考えられてきたが、我々の得た知見は赤血球から供給されるリソースの存在を示唆するものであった。このような知見からHbを修飾した酸素運搬体ではこのような血流代償作用が期待できないことが示唆され、リポソーム型の場合であっても、血管内空間でリサイクルされるNOにどの程度の影響を与えるのかをさらに詳細に解析していく必要があると考えられた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】3,700千円 (直接経費: 3,700千円)

【研究分野】無機化学

【研究領域課題番号】09304061 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スーパーオキシド / 一酸化窒素 / 亜鉛イオン / 蛍光プローブ / 活性酸素 / バイオイメージング / 一酸化窒素合成酵素 / スーパーオキシドディスムターゼ / 光線力学療法

【研究成果の概要】

本研究においては生体機能を探索することを目的に金属錯体のデザイン合成が行われた。金属イオンは微量で重要な生理作用を有するにもかかわらず、分子レベルでの解析は十分になされてこなかった。また薬理学観点からも金属錯体を医薬品として使用する試みもシスプラチンあるいは生体画像化プローブのGdイオンなど限られた例が知られているだけであった。本研究では生理活性の発現を目的とした下記の3項目の金属錯体について重点的に検討した。
1.生理活性種としての亜鉛イオンの動的機能解析
亜鉛イオンは生体中に鉄イオンに次いで多量に存在する金属イオンで、近年、その生理機能が注目されている。本研究は亜鉛イオンを培養細胞あるいは生体組織からバイオイメージングとして捉える事を目的に行われたもので、感度、特異性、pHに対する安定性、錯体生成速度など、いずれの点においても満足できる亜鉛生細胞プローブの開発に成功した。
2.生理活性種一酸化窒素(NO)の生体作用機序の解析
NOは免疫系、神経系、循環器系など全く異なる生体部位で異なる作用を示す。その作用機構はグアニレートサイクラーゼ酵素の活性中心にあるポルフィリンに配位することにより情報伝達物質として働いている。今回、第5配位がイミダソール、チオールおよび水素結合型チオールのポルフィリン錯体を合成し、それらのNO錯体の動的挙動と酵素機能の相関を検討した。
3.SOD活性化合物の開発とその医療への応用
スーパーオキシドが炎症に深く関係していることが報告されているが、スーパーオキシド不均化酵素(SOD)は酵素であるため細胞内への透過性も悪く、医薬品への応用は難しい状況にある。この研究ではSOD活性を有する合成小分子錯体を合成し、その活性を精査した結果、実用化への有用な知見を得た。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1997 - 1999

【配分額】33,000千円 (直接経費: 33,000千円)