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１細胞解析のための光応答性細胞培養表面の創成
Photoresponsive cell culture surfaces for single-cell analysis

テーマ

Theme

分子システム創成化学
Synthetic Chemistry for Molecular Systems

研究分野
Department

山口哲志
S. Yamaguchi

山平真也
S. Yamahira

１細胞アレイ、細胞ソーティング、細胞間相互作用
Single-cell array, Cell sorting, Cell-cell communication

キーワード
Keyword１細胞解析、再生医療、細胞治療、がん免疫療法
Single-cell analysis, Regenerative medicine, Cell therapy, Cancer immunotherapy

応用分野
Application▼研究開発段階基 礎

背研究者
Researcher

実用化準備

応用化

景

細胞の不均一性に注目が集まり、個々の細胞の特徴や性質を大規模に調べる技術が必要とされています。そこで、細胞を1つずつ並べて集積し、その単一細胞の表現型を網羅的に観察して解析する技術が盛んに研究されています。さらに、特徴的な表現型に応じて細胞を選別・回収し、遺伝子発現を調べることによって、その表現型に関連する鍵遺伝子を同定する技術が必要とされています。

概要・特徴

細胞自身の接着性に関わらず、どんな細胞の付着も、自在に光制御できる基板表面を開発しました。 複数種類の細胞を光配置して、その相互作用を１細胞解析する技術を開発しました。

技術内容

光照射に応じて細胞が付着しなくなる表面、逆に付着するようになる表面、光の波長や照射量で付着力が変わる表面の開発に成功してきました。 １枚のスライドガラス上に、接着性のなバイオ
Bio

い免疫細胞を数万個並べ、その運動性や細胞内分子局在変化を1細胞定量解析することに成功しました。
複数種類の細胞を 1 細胞レベルの精度で、自由自在に光配置できる基板表面を開発しました。 免疫細胞とがん細胞の 1 細胞のペアを並べて、免疫細胞のがん細胞傷害性を大規模に 1 細胞観察し、その傷害性や殺傷メカニズムを画像解析データの機械学習によって自動分類することに成功しました。

社会への影響・期待される効果
従来の技術と異なり、培養基材の表面に化学修飾するだけで、どんな細胞の付着も光制御できます。そのため、これまで大規模に観察するのが難しかった細胞の表現型を初めて1細胞解析できるようになり、細胞集団の中に隠れて識別できなかった少数のレアな細胞を見つけて、調べることができます。その結果、未知の生命システムの発見や、創薬や早期診断のための新しい標的遺伝子の同定、再生医療や細胞治療に用いる治療用細胞の品質管理や選別に貢献すると期待されます。今回焦点をあてた1細胞解析以外にも、固相表面への細胞の付着を自在に光制御できる本技術
は、細胞を使ったセンサーの構築や細胞のマニピュレーション、オルガノイド作製など、幅広い応用が考えられます。

【論 文 Paper】[1] Angew. Chem. Int. Ed. 51 (2012) 128[2] Lab Chip 17 (2017) 1933
[3] Biomater. Sci. 7 (2020) 4514

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Osaka University SANKEN

特 許 Patent】[4] J. Am. Chem. Soc. 122 (2022) 13154[5] J. Am. Chem. Soc. 122 (2022) 17980［1］特許第6901714号[2] 特許第7205910号[3] 特許第7236126号

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テーマ

Theme

タンパク質や細胞を遠隔操作する
嵩高いケージング技術の創成
Sterically bulky caging for remote-control of proteins and cells
分子システム創成化学
Synthetic Chemistry for Molecular Systems

研究分野
Department

山口哲志
S. Yamaguchi

ケージング、光分解性保護基、タンパク質、細胞Caging, Photolabile protection, Proteins, Cells

キーワード
Keyword

ドラックデリバリー、バイオ医薬、細胞治療、再生医療
Drug delivery, Biopharmaceuticals, Cell therapy, Regenerative medicine

応用分野
Application▼

研究開発段階基 礎

背研究者
Researcher

実用化準備

応用化

景

タンパク質や細胞の機能を刺激応答性に変換する技術は、治療用のタンパク質や細胞を局所的に活性化でき、副作用無く、安全に投与できるようにします。生体分子に光分解性の保護基を修飾して一時的に不活性化する技術を「ケージング」と呼びます。ケージングされた分子は、光照射によって保護基が外れ、活性化されるため、その機能が光制御できます。これまでに様々な生体分子がケージングされてきましたが、サイズの大きなタンパク質などを簡便かつ効果的にケージングする技術が無く、新しい方法が求められてきました。

概要・特徴
遺伝子操作を用いずに、どんなタンパク質も化学的に光応答性に変換できる「嵩高いケージング法」を開発しました。
嵩高い光溶解性の分子集合体で表面を覆うことで、細胞をケージングする技術を開発しました。

技術内容

バイオ

ビオチン分子を修飾したケージン
グ試薬を開発し、この試薬で化学修飾することで、任意のタンパク質を光応答性に変換する「嵩高いケージング法」を確立しました。 細胞内で核酸を分解する酵素や細胞表層の受容体に作用するタンパク質などを、細胞内外で光活性化することに成功しました。 立体障害の大きな光分解性の分子複合体でタンパク質表面を全体的に被覆する「嵩高いケージング法」のコンセプトを細胞にも応用し、細胞のケージングに世界で初めて成功しました。

Bio

社会への影響・期待される効果
従来の技術と異なり、試薬を混ぜるだけで、どんなタンパク質やどんな細胞も簡単に光応答性に変換することができます。そのため、望みの場所、タイミングでの活性化を介して、生命現象におけるタンパク質や細胞の時空間的な役割を明らかにできます。また、ケージングを施した治療用のタンパク質や細胞を投与し、光線力学的療法と同様に、内視鏡などを用いて患部でのみ光活性化することで、活性の強いタンパク質や細胞を副作用なく治療に使用できるようになります。現在、この嵩高いケージング法を用いて、タンパク質やプラスミド、細胞を光応答性に変換してきましたが、開発した試薬の分解性を他の刺激で分解するように変えることで、様々な刺激応答性に変換できるようになると期待されます。

【論 文 Paper】[1] Chem. Commun. 46 (2010) 2244
[2] Chem. Commun. 49 (2013) 3013[3] Adv. Health. Mater 5 (2016) 1002

特 許 Patent】[4] Bioconj. Chem. 32 (2021) 1535
[5] Chem. Eur. J. 28 (2022) e202103941[6] ChemBioChem 23 (2022) e202200476［1］特願2015‑179135号

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テーマ

Theme

超高感度ナノポアウイルスセンサー
Ultra-sensitive nanopore virus sensor

バイオナノテクノロジー
Bio-Nanotechnology

研究分野
Department

研究者
Researcher

筒井真楠
M. Tsutsui

田中裕行
H. Tanaka

小本祐貴
Y. Komoto

ウイルス、ナノポア
virus, nanopore

キーワード
Keyword

ウイルスセンサー
virus sensor

応用分野
Application▼

研究開発段階基 礎

背谷口正輝
M. Taniguchi

実用化準備

応用化

景解

従来、インフルエンザの型判定は、イムノクロマト検査キットに現れるマーカーの有無を、熟練者が目視で判断する形式で行われており、ウイルス数が少ない感染初期の段階では判定が難しいだけでなく、その的中率は個人の能力にも依存していました。

析

概要・特徴

Analysis

極薄窒化シリコン膜中に開けられたナノ細孔（ナノポア）を通るイオン電流を計測するナノポア法を用いて、インフルエンザウイルスを1個レベルで検出しました。

技術内容

バイオ
Bio

我々は、ナノポアセンシングの単一粒子検出能という究極の感度を用いて、インフルエンザウイルスの検出を行いました。
さらにそのシグナル解析では、従来利用されてきた波形の高さや幅だけではなく、シグナルの立ち上がり角度や尖り具合( 尖度 )などの特徴量を利用しました。この高次元解析を、AI技術を用いることにより、人間の目ではもはや判別不可能なシグナルのわずかな違いも判別できるようになり、今回の成果へと繋がりました。
インフルエンザウイルス粒子1個で72％,20 個以上の検出で 95％以上の精度で型判定が可能であることを実証しました。これにより、検査者の能力に依存しない、感染初期でのインフルエンザウイルス型判定の実現が期待されます。

社会への影響・期待される効果
本研究成果により、判定する人の能力に依存しない、感染初期でのインフルエンザの型判定が可能になり、患者の負担軽減やウイルス感染の拡大抑止が期待されます。また、本手法はインフルエンザのみならず、あらゆるウイルス種への応用が可能な原理を有しており、従来の1種類のウイルス同定のみに限定されている現状の検査キットの性能を大きく超える、多項目ウイルス検査の実現が期待されます。

45【論 文 Paper】【特 許 Patent】［1］Sci. Rep. 7 (2017) 17371.
［2］ACS Nano, 10 (2016) 803.
［3］Appl. Phys. Lett., 104 (2014) 163112.
［4］Sci. Rep. 3 (2013) 01855.
［5］Appl. Phys. Lett., 103 (2013) 013108.
［6］"Scientific Reports" on Friday, November 2. (2018.).

［1］特願2012‑017325［2］特願2012‑286115［3］特願2013‑047373

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テーマ

Theme

１分子量子シークエンサー
Single molecule DNA sequencer

バイオナノテクノロジー
Bio-Nanotechnology

研究分野
Department

研究者
Researcher

筒井真楠
M. Tsutsui

田中裕行
H. Tanaka

小本祐貴
Y. Komoto

マイクロRNA、がん診断、１分子技術
microRNA, cancer diagnosis, single molecular technologies

キーワード
Keyword

次々世代DNAシークエンサー
next generation DNA sequencer

応用分野
Application▼

研究開発段階基 礎

背谷口正輝
M. Taniguchi

実用化準備

応用化

景

これまで、マイクロRNAによるがん診断は、乳がんや肺がんなどの早期診断を可能にすることが知られていました。マイクロRNAによるがん診断を行うためには、数種類のマイクロRNAの塩基配列とその量比を同時に決定する定量解析が必要ですが、これまでの解析方法では定量解析が不可能でした。

概要・特徴
１分子レベルでマイクロRNAの塩基配列、化学修飾、量比を同時に決定する１分子定量解析法を世界で初めて開発しました。

技術内容

バイオ

１分子量子シークエンシング法は、１塩基分子の電気抵抗の違いをトンネル電流で読み出す方法であり、DNAやマイクロ RNAの塩基配列、ペプチドのアミノ酸配列、および化学修飾された塩基分子とアミノ酸分子を直接解読できる方法です。さらに、特定の塩基配列・アミノ酸配列や化学修飾塩基分子・アミノ酸をマーカーにすることで、計測分子数を決定できます。今回、当研究グループは、1分子量子シークエンシング法により、がんの診断マーカーであるマイクロ RNAの塩基配列、化学修飾、および量比を同時に決定する1分子定量解析に成功しました。これにより、マイクロRNAを利用した乳がんや肺がんなどの早期診断が期待されます。

Bio

社会への影響・期待される効果
本研究成果により、マイクロRNAによる乳がんや肺がんなどの早期診断が期待されます。また、本1分子量子シークエンシング法は、マイクロRNAをそのまま１分子レベルで定量解析でき、マイクロRNAをDNAに逆転写してDNAを増幅する操作が不要となるため、低コストかつ迅速ながん診断が期待されます。

【論 文 Paper】［1］"Scientific Reports" (online) on September 29, 2021. Single-molecule RNAsequencing for simultaneous detection of m6A and 5mC

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テーマ

Theme

化学発光タンパク質を利用したオンサイト検出法の開発
Development on-site investigation system by chemiluminescent proteins

生体分子機能科学
Biomolecular Science and Engineering

研究分野
Department

永井健治
T. Nagai

化学発光タンパク質、オンサイト診断、スマートフォン
chemiluminescent protein, on-site diagnosis, smart devices

キーワード
Keyword

医療、環境調査
clinical use, environmental investigation

応用分野
Application▼研究開発段階基 礎

背研究者
Researcher

実用化準備

応用化

景我々の研究室では、肉眼でみえるほど明るく、多色な化学発光タンパク質を開発してきました[1]。
この明るさを利用して、様々な検出技術への応用を展開しています。

概要・特徴
化学発光タンパク質とスマートフォンを組み合わせて、血液成分を高感度・迅速・オンサイトで検出可能なシステ
ムを開発しました。

技術内容

バイオBio

化学発光タンパク質を利用したバイオセンサー①②を開発しました [2][3]。対象となる分子の濃度を発光波長の変化、つまり色の変化により計測します。これらのセンサーは非常に明るい発光を示すため、その色変化をスマートフォンなどのカメラを用いて検出することができます。
極微量の血液から高感度に検査対象を測定することが可能です。
①ビリルビンバイオセンサー「BABI」新生児黄疸の原因分子であるビリルビンを検出します ( 図１右上)。
②トロンビンバイオセンサー「Thrombastor」血栓症の原因となりうる血液凝固因子トロンビンの活性を検出します(図1右下)。

図 1. 化学発光タンパク質を利用したバイオセンサーによる血中成分の検出。右上 . BABI によるビリルビンの検出。ビリルビンの濃度に応じて、血液を通した発光色が青から橙に変化する。
スマートフォン搭載のカメラで撮影し、色成分を解析することで濃度が計算できる。右下 . Thrombastor によるトロンビンの検出。
トロンビンの濃度に応じて、発光色が緑から青に変化する。

社会への影響・期待される効果
化学発光タンパク質を利用したセンサーは特別な装置を用意する必要がなく、その場で簡便に、迅速にシグナルを得ることができるため、オンサイト検出の実現に適したツールです。
スマートフォンなどの汎用的な機器を用いた検査方法を確立することで、誰もが気軽に健康診断ができる社会が実現されます。また、通信機能と組み合わせることで、検査結果を医療機関へ送り診断を仰ぐ、といった在宅医療の新しい形が期待されます。

47【論 文 Paper】【特 許 Patent】［1］Nat. commun., 7, 13718, 2016[2] ACS Sensors, 6, 889‑895, 2021.
[3] Anal. Chem., 93, 13520‑13526, 2021.

［1］特願2017‑013463「生体物質の検出方法、それに用いる化学発光指示薬」［2］特願2018‑565519「デバイス、及びそれを用いた判定システム」

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テーマ

Theme

蛍光タンパク質を用いた生理機能破壊ツールの開発
Fluorescence protein based inacitivation tool for physiological function

生体分子機能科学
Biomolecular Science and Engineering

研究分野
Department

研究者
Researcher

蛍光タンパク質、生理機能操作、光増感色素
Fluorescent protein, Biomanipulation Photosensitizer

キーワード
Keywordオプトジェネティクス、バイオイメージング、顕微鏡
Optogenetics, Bioimaging, Microscopy

応用分野
Application▼

研究開発段階基 礎

背永井健治
T. Nagai

実用化準備

応用化

景

光増感色素は、光照射により活性酸素を産生し近傍の分子の機能を破壊することのできる分子です。当研究室では遺伝子工学技術を利用して光増感能を持つ蛍光タンパク質を開発し、細胞機能操作へ応用展開しています。

概要・特徴
光照射により活性酸素を産生する光増感蛍光タンパク質を開発し、生きている細胞内での光照射による自在な生理機能破壊への応用展開を進めています。

技術内容

図1. SuperNova タンパク質機能破壊の概念図

バイオ
Bio

クラゲ由来の赤色蛍光タンパク質を遺伝子改変して、橙色光照射により活性酸素を産生する単量体型光増感赤色蛍光タンパク質SuperNova Red（SNR）を開発しました[1] 。
SNR に対してさらにアミノ酸変異を導入して、青色光照射により活性酸素を産生する波長変異体の単量体型光増感緑色蛍光タンパク質 SuperNovaGreen（SNG）を開発しました[2] 。
光照射により SNR、SNG を融合させたタンパク質の機能の破壊や、シグナル配列の融合によりこれらをミトコンドリア局在させた細胞への細胞死の誘導に成功しました。
照射する光の波長を切り替えることによって、SNR とSNG による蛋白質機能破壊、細胞死誘導を異なるタイミングで起こすことに成功しました[2]。

図2. SNG/SNR 発現HeLa細胞共培養系に対する青色光照射によるSNG発現細胞特異的な細胞死誘導。

社会への影響・期待される効果
光増感蛍光タンパク質は遺伝子でコードされているため、機能破壊の標的となるタンパク質との融合タンパク質として発現させてやれば様々なタンパク質分子の機能破壊に応用することができます。最近ではこの技術を発展させることによって、光照射によりマウスの記憶を消去する実験にも成功しており [2]、医薬研究等への貢献が期待されます。

【論 文 Paper】【特 許 Patent】［1］Takemoto K. et al. Sci. Rep., 3, 2629, 2013［2］Riani Y. D. et al., BMC Biol., 16, 50, 2018［3］Goto A. et al., Science, 374, 857, 2021

［1］特願2010‑22603「光増感蛍光タンパク質」

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テーマTheme

ヒト嗅覚システムを再現した匂いセンサーの開発
Development of odor sensor mimicking human olfactory system

生体分子反応科学
Biomolecular Science and Reaction

研究分野
Department

研究者
Researcher

黒田俊一
S. Kuroda

匂いの数値化、ヒト嗅覚受容体、嗅覚受容体アンタゴニスト
smelldigitization, human olfactory receptor, odorant-receptor antagonist

キーワード
Keyword

AI調香師、消臭剤、仮想現実
AI perfumer, deodorizer, virtual reality

応用分野
Application▼

研究開発段階基 礎

背立松健司
K. Tatematsu

実用化準備

応用化

景

食品、香粧品等の広範な製品開発において匂いの官能試験は非常に重要ですが、試験士の資質に大きく依存するため、再現性やスループット性が低く、しかも他者との情報共有が困難でした。一方、化学系匂いセンサーは特定の匂いしか検出できず、官能試験との連携は不可能でした。

概要・特徴
ヒト嗅覚受容体全て（約400種類）を用いた嗅覚受容体センサーを作製し、ヒトの感じる匂い全てを定量することに成功しました。

技術内容

バイオBio

人間の視覚や聴覚の情報はデジタル化され「情報の正確な記録と再現」が可能となっており、映像作品や音楽として商業的に活用されています。一方で、嗅覚情報は「匂いの基準」となるものが存在せず、匂いを正確に嗅覚受容体センサー応答画像
匂いマトリックス【概念イメージ】表現することが困難でした。
私たちはヒトの約 400 種類の嗅覚受容体を発現する細胞からなる嗅覚受容体センサーを開発しました（特許技術、図左）。この匂いセンサーはヒトの嗅覚受容体を網羅的に発現させたものであり、ヒトが匂いを感じる仕組みをアレイ上で再現したものです。各嗅覚受容体の応答は細胞内カルシウムイオンの濃度変化を蛍光強度に変換し、約400種類の嗅覚受容体の応答を一括測定することができます。これにより、約400 種類の嗅覚受容体の応答をまとめた匂いの基準「匂いマトリックス」の作成、すなわち嗅覚情報のデジタル化が実現されます（図右）。

社会への影響・期待される効果
これまで匂いのデジタル化そのものが困難であったため、当技術の市場展開が匂い関連製品にパラダイムシフトを起こす可能性があります。具体的には、遠隔地への匂い情報の転送と再構成（匂いが伝わるテレビや映画）、嗅覚受容体応答情報の医療への応用（アロマテラピーの発展型等）が想定されます。

49【論 文 Paper】【特 許 Patent】［1］Sensors (Basel) 23 (2023) 6164
[2］Biosci. Biotechnol. Biochem. 86 (2022) 1562‑1569[3］生産と技術72 (2020) 78‑80[4］Aroma Research 20 (2019) 38‑39［1］特許出願2019‑536790

Osaka University SANKEN

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テーマ

Theme

遺伝子の迅速検査技術
Development of rapid, accurate, and cost effective technology for gene analysis

精密制御化学
Regulatory Bioorganic Chemistry

研究分野
Department

中谷和彦
K. Nakatani

遺伝子、ウイルス、診断
genome, virus, diagnosis

キーワードKeyword

遺伝子検査キットdiagnosis kit for genetic analysis

応用分野
Application▼

研究開発段階基 礎

背研究者
Researcher

実用化準備

応用化

景

実用的な迅速且つ高精度なウイルス検出を目指し、簡便な遺伝子検出法の開発を行います。

概要・特徴

バイオ

DNAのシトシンバルジに特異的に結合し蛍光を発する低分子リガンド（DANP）を化学修飾したプライマーを用い、特徴的な蛍光強度変化から遺伝子検査を行うヘアピンプライマー
PCR法を開発しました。
遺伝子を迅速、簡便、安価に検査、検出する技術
基本はポリメラーゼ連鎖反応（PCR）を用いる
ウイルスの迅速な確定検査技術としての実用化を検討中

技術内容

Bio

PCRのプライマー3'側にシトシンバルジをもつプライマーを使います。低分子リガンドDANPはシトシンバルジに結合すると蛍光を発します。PCR前はプライマーが大量に有るため、DANPの結合により蛍光強度が高い。PCR が進行するとプライマーのヘアピン構造が解消し、DANPが結合することができず蛍光強度が低下します。PCR前と後の蛍光強度により、PCRの進行（プライマーの消費）度合い、即ち、検査する遺伝子の量や存在の有無が判ります。

社会への影響・期待される効果

医療Medical51

コスト従来比1／10
従来技術に比べて圧倒的な簡便性
ウイルス増殖を待つ必要の無い、初期感染時期での検査が可能【論 文 Paper】【特 許 Patent】［1］Secondary Structure-Inducible Ligand Fluorescence Coupled with PCR, Takei, F.;［1］特開2008‑125425
Igarashi, M.; Hagihara, M.; Oka, Y.; Soya, Y.; Nakatani, K. Angew. Chem. Int. Ed.
［2］特願2010‑054658号
2009, 48, 7822‑7824.
［3］特願2012‑51551号[2] Competitive Allele-specific Hairpin Primer PCR for Extremely High Allele
Discrimination. Takei, F.; Igarashi, M.; Oka, Y.; Koga, Y.; Nakatani, K.
ChemBioChem 2012, 13, 1409‑1412.

Osaka University SANKEN

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核酸標的低分子創薬基盤技術開発

Theme

Development of research tools and molecules accelerating research toward smallmolecule drugs targeting nucleic acids

研究分野

精密制御化学
Regulatory Bioorganic Chemistry

テーマ

Department

低分子、核酸、DNA、RNA、創薬
small molecule, nucleic acids, DNA, RNA, drug development

キーワード
Keyword

創薬リード創出、スクリーニング技術
drug lead development, screening technology

応用分野
Application▼

研究開発段階基 礎

背中谷和彦
K. Nakatani

研究者
Researcher

実用化準備

応用化

景

ヒトゲノムの３／４を占める非翻訳RNAなど、機能を有する核酸を標的とした低分子創薬に大きな期待が寄せられています。欧米の研究速度に負けない、創薬研究の加速を支援します。

概要・特徴
標的を標識せずに、化合物ライブラリーを混ぜるだけの簡便な「蛍光ディスプレイスメントアッセイ」。
既に創薬企業２社が採用。
表面プラズモン共鳴（SPR）を使った、標的DNA・RNA結合分子の探索技術
世界で唯一無二のハンチントン病（CAGリピート）、脆弱X症候群（CGGリピート）結合分子開発実績

技術内容

蛍光ディスプレイスメントアッセイ（HTS)バイオ１）HTS対応蛍光ディスプ
レイスメントアッセイ
２）疾病関連DNA、RNA
結 合 分 子探 索・開 発技術
３）創薬候補低分子に結合するRNAの探索

Bio

社会への影響・期待される効果

医

核酸を標的とした低分子創薬開発
企業における核酸標的低分子創薬の加速、参入障壁低減［1］PCT/IB2017/054932（平成29年8月12日）他

Osaka University SANKEN

Medical【特 許 Patent】［1］Scanning of guanine-guanine mismatches in DNA by synthetic ligands using
surface plasmon resonance assay, Nakatani, K.; Sando, S.; Saito, I. Nat.
Biotechnol.2001, 19, 51 55.
［2］Small-molecule ligand induces nucleotide flipping in (CAG)n trinucleotide repeats,Nakatani, K.; Hagihara, S.; Goto, Y.; Kobori, A.; Hagihara, M.; Hayashi, G.; Kyo, M.;
Nomura, M.; Mishima, M.; Kojima, C. Nature Chemical Biology 2005, 1, 39‑43.

療【論 文 Paper】

5255
テーマ

Theme

多剤耐性菌感染症を克服するための創薬研究
Drug Discovery to Overcome Multidrug-Resistant Bacterial Infections

生体分子制御科学
Biomolecular Science and Regulation

研究分野
Department

Researcher西野邦彦
K. Nishino

山崎聖司
S. Yamasaki

西野美都子
M. Nishino

田口厚志
A. Taguchi

多剤耐性、化学療法、細菌感染症
multidrug resistance, chemotherapy, bacterial infection

キーワード
Keyword

感染症治療
treatment of infection

応用分野
Application▼

研究開発段階
基 礎

背研究者

実用化準備

応用化

景

世界中で抗菌薬で治療することができない薬剤耐性菌による感染症が問題となっている。薬剤排出ポンプは抗菌薬を細菌の中から外へ排出することで、細菌多剤耐性化に関係しています。

概要・特徴
私達の研究室では、抗菌薬を効かせなくする病原細菌について、薬剤排出ポンプの機能と制御機構に着目し、細菌の適応能力を明らかにした上で、新たな感染症治療戦略の開発に取り組んでいます。

薬剤排出ポンプ制御因子による抗菌薬認識技術内容
ポストゲノム解析を駆使して、これまでに細菌ゲノムに潜む数多くの薬剤排出ポンプと、その制御ネットワークを同定してきました。これらの同定された因子は、多剤耐性を克服する新たな薬のターゲットとして期待されています。さらには、病原性発現と多剤耐性の両方に関与する制御因子の構造を明らかにしました。薬剤排出ポンプや制御因子に対する阻害剤を用いることによって病原性を軽減させながら、細菌の多剤耐性化を抑制する新たな感染症治療が可能になります。

バイオBio医療
Medical55

社会への影響・期待される効果
世界中で問題となっている多剤耐性菌感染症の克服

感染症新規治療戦略の確立【論 文 Paper】［1］Proc. Jpn. Acad. Ser. B Phys. Biol. Sci. 100 (2024) 57‑67. Changes in the expression of mexB, mexY, andoprD in clinical Pseudomonas aeruginosa isolates.
［2］Front. Microbiol. 14 (2023) 954304. Investigating multidrug efflux pumps associated with fatty acid salt resistance in Escherichia coli.
［3］J. Biol. Chem. 299 (2023) 104892. Functional andstructural characterization of Streptococcus pneumoniae pyruvate kinase involved in fosfomycin resistance.
［4］Antimicrob. Agents Chemother.66 (2022) e00672-22.
Spatial Characteristics of the Efflux Pump MexB Determine Inhibitor Binding.
［5］Front. Microbiol. 13 (2022) 839718. Identification ofBacterial Drug-Resistant Cells by the Convolutional
Neural Network in Transmission Electron MicroscopeImages.
［6］Antimicrob. Agents Chemother.66 (2022) e02392‑21.
Proximal Binding Pocket Arg717 Substitutions in Escherichia coli AcrB Cause Clinically Relevant Divergencies
in Resistance Profiles.

Osaka University SANKEN［7］Front. Microbiol. 11 (2020) 581571. Identification of Genetic Variants via Bacterial Respiration Gas Analysis.
［8］Commun. Biol. 2 (2019) 340. Phylogenetic and Functional Characterisation of the H. influenzae multidrug
efflux pump AcrB.
［9］Nature Commun. 9 (2018) 124. Multiple Entry Pathways
within the Efflux Transporter AcrB Contribute to Multidrug Recognition.
［10］Nature Commun. 4 (2013) 2078. The Crystal Structure ofMultidrug-Resistance Regulator RamR with Multiple Drugs.
［11］Nature 500 (2013) 102‑106. Structural Basis for theInhibition of Bacterial Multidrug Exporters.
［12］Nature 480 (2011) 565-569. Structures of the Multidrug
Exporter AcrB Reveal a Proximal Multisite Drug-Binding
Pocket.
［13］Mol. Microbiol. 59 (2006) 126‑141. Virulence and Drug
Resistance Roles of Multidrug Efflux Systems of Salmonella enterica Serovar Typhimurium.
［14］Science 307 (2005) 864. Bacterial Multidrug Exporters:
Insights into Acquisition of MDR.

56テーマTheme

脂溶性生理活性物質の輸送体の同定と輸送体を標的とした創薬
Discovery of a drug that is targeting a novel lipid mediator transporter
生体分子制御科学
Biomolecular Science and Regulation

研究分野
Department

西毅
T. Nishi

免疫抑制剤、リンパ球、輸送体、阻害剤、脂質メディエーター
immunosuppressant drug, lymphocyte, transporter, inhibitor, lipid mediators

キーワード
Keyword

自己免疫疾患治療、がん転移抑制、感染症治療
treatment of autoimmune diseases, suppression of tumor cells metastasis, treatment of infection

応用分野
Application▼

研究開発段階基 礎

背研究者
Researcher

実用化準備

応用化

景

脂溶性の生理活性物質（脂質メディエーター、ステロイドホルモン、ビタミン等）の細胞内外での輸送機構が様々な細胞機能に必須であることがわかってきました。

概要・特徴
我々は生理活性脂質であるスフィンゴシン１リン酸（S1P）をモデルとして、細胞外への放出輸送体 SPNS2 やMFSD2Bを同定し、これら輸送体の活性を測定する細胞系を開発しました。S1P輸送体の阻害剤はこれまでに無い新しい作用機序で副作用の少ない免疫抑制剤や抗がん剤のターゲットとして有効であると考えられます。
S1Pを細胞内に蓄積する細胞を構築し、そこに輸送体を発現させることで輸送活性を測定できる系を確立しており、この系を用いて阻害剤のスクリーニングが可能です。またこの系は、新しい輸送体や異なる生理活性脂質の輸送系の探索にも応用可能です。

技術内容

バイオ

S1Pはヒトでは免疫細胞の血管移行に中心的な役割を果たします。そのため
S1P 受容体は免疫抑制剤の開発の標的となり、FTY720などの薬が開発されました。しかし、受容体の多様性などから依然として副作用が存在し、S1P受容体の欠損マウスは胎生致死となります。我々はS1Pの細胞外への供給に関わる輸送体を同定し、この輸送体の欠損マウスでは他に顕著な異常を示すことな
く、血液中へのリンパ球の移行のみが特異的に抑制されることを見いだしました。このことからこの輸送体の阻害剤がこれまでに無い新しい作用機序で副作用の少ない免疫抑制剤や阻害剤のターゲットになります。測定系が確立しており阻害剤の探索はすぐにでも開始できます。

Bio

社会への影響・期待される効果

医

副作用の少ない免疫抑制剤の実現
トランスポーターオリエンティッドな新しい作用機序を持つ創薬の実現

療【特 許 Patent】［1］Science 323, 524‑527 (2009)［2］J Biol Chem. 286, 1758‑1766 (2011)［3］PLoS ONE 7(6): e38941 (2012)［4］J Lipid Res 57: 2088‑2094 (2017)［5］Sci.Rep. 8 (1), 1‑11(2018)［1］特許第5373346号スフィンゴシン１−リン酸の新規トランスポーター分子

Osaka University SANKEN

Medical【論 文 Paper】

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