特化メタボロン検出蛍光プローブの開発　

研究代表者

佐々木 栄太　

慶應義塾大学大学院薬学研究科　専任講師

研究分担者

能代 大輔　

北海道大学　遺伝子病制御研究所　助教

ローダミン類の分子内ねじれに基づく蛍光制御機構を利用した粘性感受性分子・蛍光プローブを開発、これらを標的酵素の特定の部位にラベル化、あるいは融合タンパク質として発現することによって、酵素間相互作用に伴う局所的な立体障害や粘性変化を検出する手法を開発します。

  1. 分子内回転によって蛍光のoff/onを制御可能な独自の粘性感受性分子
  2. タンパク質-小分子ハイブリッド型の局所密度感受性レシオ型蛍光プローブ

研究概要

A03班は、特化メタボロンの検出に最適化した独自の蛍光プローブを開発します。これによって、特化メタボロンの検出と可視化を実現し、領域目標である「特化代謝効率化および反応制御機構の解明」に貢献します。

メタボロンとは、複数の酵素が細胞内局所に集積することで、生体内反応を効率化する機構の概念として古くから知られています。しかし、植物や微生物の特化代謝に関与するメタボロンの存在はこれまでほとんど注目されておらず、その詳細は不明です。細胞内の過渡的な特化メタボロンの観察や解析には、静的な（安定な）構造を捉える手法であるX線結晶構造解析やクライオ電子顕微鏡を用いた構造解析だけでは困難です。そこで私たちは、溶液中におけるそれら酵素複合体の弱い相互作用を検知し、可視化するための新しい技術開発に挑戦します。

A03班は、独自の蛍光制御機構を応用した蛍光プローブの開発と、高速原子間力顕微鏡（HS-AFM）を用いた解析技術を武器に、さまざまな特化メタボロンの存在とその相互作用の詳細を明らかにすることを目指します。さらには、これらの新規ツールをA01班、A02班で見出された天然酵素や、A04班で開発する人工酵素に応用することで、特化メタボロンの構成酵素の同定、相互作用強度の定量、および植物、微生物内における特化メタボロンのイメージングなどを可能とし、領域研究を推進します。

参考文献

  1. M. Sugimoto, E. Sasaki, H. Ohno, T. Ikeno, S. Yamada, K. Hanaoka “Development of a fluorescence probe for detecting nitroreductase activity based on steric repulsion-induced twisted intramolecular charge transfer (sr-TICT)” Chem. Pharm. Bull., 72, 810-816 (2024).
  2. K. Hanaoka, T. Ikeno, S. Iwaki, S. Deguchi, K. Takayama, H. Mizuguchi, F. Tao, N. Kojima, H. Ohno, E. Sasaki, T. Komatsu, T. Ueno, K. Maeda, H. Kusuhara, Y. Urano “A general fluorescence off/on strategy for fluorogenic probes: Steric repulsion-induced twisted intramolecular charge transfer (sr-TICT)” Sci. Adv., 10, eadi8847 (2024).
  3. K. Hanaoka, S. Iwaki, K. Yagi, T. Myochin, T. Ikeno, H. Ohno, E. Sasaki, T. Komatsu, T. Ueno, M. Uchigashima, T. Mikuni, K. Tainaka, S. Tahara, S. Takeuchi, T. Tahara, M. Uchiyama, T. Nagano, Y. Urano “General design strategy to precisely control the emission of fluorophores via a twisted intramolecular charge transfer (TICT) process” J. Am. Chem. Soc., 144, 19778-19790 (2022).
  4. J. M. Alam, T. Maruyama, D. Noshiro, C. Kakuta, T. Kotani, H. Nakatogawa, N. N. Noda “Complete set of the Atg8-E1-E2-E3 conjugation machinery forms an interaction web that mediates membrane shaping” Nat. Struct. Mol. Biol., 31, 170-178 (2024).
  5. D. Noshiro, N. N. Noda “Immobilization of lipid nanorods onto two-dimensional crystals of protein tamavidin 2 for high-speed atomic force microscopy” STAR Protoc. 4, 102633 (2023).