Division of Biofunctional Chemistry
The Chemical Society of Japan
Vol. 24, No.3 (2009. 12. 5)

目

◇

巻

次

頭 言

Science Innovation の別角度からの着想と行動 ･････････････ 木村

◇

栄一

１

明紀

３

研 究 紹 介DNA ナノ構造体中に作成したウェルへのサイズ選択的な単分子ゲストの取り込みとナノアレイ化 ･･･････････････ 葛谷

新規ローダミン骨格に基づいた近赤外蛍光イメージングプローブの開発･･･････････････ 小出 裕一郎
細胞内銅イオンの新たな蛍光検出手法の開発 ･････････････ 多喜

７

正泰

１１

洋

１５

D4 リアクティブタグシステムによる細胞表層受容体の機能解析･･･････････････ 野中◇部 会 行 事

第 24 回生体機能関連化学シンポジウムの開催報告 ･････････････････････ １９
第 24 回生体機能関連化学シンポジウム・第 12 回バイオテクノロジー
部会シンポジウム講演賞の講評 ････････････････････････････････････ ２０
若手フォーラムの開催報告 ･･････････････････････････････････････････ ２１

巻

頭

言

Science Innovation の別角度からの着想と行動
静岡大学理学部客員木村栄一

今後の日本の Science において innovation がますます大切となることは言うまでもないが、問題はどのようにオリジナル発想で innovation を実行するかである。
先日広島大学創立６０周年記念行事で、“Science and the Future of Japan”と題する Gordon Hisashi Sato 博士の 講演を聴く機会を得た。ご存じの方も多いとは思うが、博士が独自で始められたマンザナールプロジェクトの話は大変感動的であると同時に本会研究者や学生にとって興味深いと思うので、この場を借りて紹介したい。
博士は、無血清培養法を創始し、細胞株の機能維持に特異的なホルモンと成長因子が必要なことを明らかにするなど世界的著名な細胞生物学者であり、1984 年 US National Academy of Science 会員にもえらばれている。その一方で、博士は“科学の力で貧困を救いたい”というつよい動機から 1980
年代中ごろ私財を投じて、世界最貧国の一つアフリカの（紅海沿岸にある）エリトリアの不毛の砂漠
海岸で住民たちにも実践できるマングローブの植林・育成技術を開発し、飢餓と貧困の撲滅を図る活動“マンザナールプロジェクト”を立ち上げられた。1992 年研究から引退後その仕事に専念している。
そのすばらしい功績により 2005 年旭硝子財団より地球環境国際賞 Blue Planet 賞も授賞している。
博士や住民たちにとってマングローブ植林はまったくの素人ですべて手探りの試みであった。不毛の砂漠海岸に手始めに植えたマングローブ苗木は６カ月で枯れてしまった。しかし河が流れ込む海岸にはグローブがまばらに生えていることから、生育には陸のなんらかの栄養源が不可欠と博士は気がついた。海水には他の栄養素は含まれているが窒素、リン、鉄だけが不足していることをつきとめた。
それを解決するため実験を重ね、尿素(3)とリン酸アンモニウム(1) を 500 g ポリエチレン袋に詰め３箇所に穴をあけて苗木根元におき、２つの栄養素を 3 年間安定的に苗木に供給し続ける方法を確立した。たねから 3 カ月間育てたマングローブを海岸に植える際に苗木を鉄ゲージで囲み鉄分を供給し、同時に苗木を波から守った。幾多の困難を克服しながら、ついに博士は住民とともにエリトリアの砂
漠海岸に 100 万本のマングローブの森をつくることに成功したのである。博士は科学の力でどんな不毛の地でも海水さえあれば人工的にマングローブの森ができることを立証し、おかげで住民たちは経済的に自立できるようになった。マングローブは実も６‐７カ月もつづく乾期の家畜のえさとなり家畜産業を成立させ、また森は様々な生命を育み魚や貝も増え漁業産業へと発展した。マングローブの種子は飼料となるがトリプトファンに欠けるので、水に浸し発芽させるとトリプトファンができよい餌となる。羊は子供を産めるようになったがミルクはでてこない。そこで魚の廃棄される部分を乾燥粉末として添加すると羊にミルクもでるようなった。博士は同時に新たなグリーンエコシステムも創造した。砂漠地帯の緑化により地球温暖化対策にも大きく貢献できることは言うまでもない。
博士は、1927 年日系 3 世としてロスアンジェルスに生まれ、第２次大戦中 15 歳のとき２年間カリフォルニアの砂漠にあるマンザナール収容所に強制収容された。その時の経験が虐げられた人々への共感を生み、砂漠の不毛の地でどのように食糧を生産するか考えるきっかけになったという。
講演のおわりに、将来の日本の科学技術の生き残り・発展のために更なる innovation の重要性を強調された。科学には、最新・高度な知識や機器のみに頼らなくても世界的・社会的・学問的・人道的・– １ –経済的に大きなインパクトを与える力があるのだ”というメッセージを博士は伝えたかったのではな
いかと私は解釈した。進歩の最前線に立っての知識を追い求めることが唯一 innovation に至ると現役
時代は日夜研究室で血眼になっていた私にはまことに衝撃的感動的な科学者の生き方であった。博士は世界的な研究業績をあげられたので無論その面での innovation の大切さは知っている。そのうえで更に、Science にはまったく別角度からのたくましいハート豊かな innovation もあることを示したのだと思う。
同じく広島大学創立 60 周年記念イベントで、作家の五木寛之氏が“いまを生きる力”と題する講演があった。 Gordon 博士の話と関連して、氏の講演も含蓄に富みたいへん面白かった。
“20 世紀後半の日本は、いけいけどんどんの“躁（そう）”の時代であったが、21 世紀初頭のいまはじっと耐えな
がらつぎの大きな飛躍に備えて力を蓄える“鬱（うつ）”の時代。“鬱”には鬱々（意気消沈した）という意味とうっそう（樹木がこんもりと茂る）のふたつの意味がある。決して negative な意味だけではない。われわれは鬱の時代のながれに逆らうことなく正面から向き合って生きることが大切だ“という風な論旨であった。私は、研究にも躁と鬱が交互にあるいは重なって来ることを思い出した。五木氏は、研究者にもよいことを言うなあと感心した次第である。

– ２ –研究紹介 （部会 講演賞 ）DNA ナノ構造体中に作成したウ ェ ルへのサイズ選択的な単分子ゲストの取り込みとナ ノアレ イ化
東京大学大学院・工学系研究科

葛谷明紀

1. はじめに遺伝子の発現解析などで利用されているマイクロア
レイは、現状では小さなものでも10 µm径のスポットに、
数 ng （~1010個の分子に相当する）のターゲット分子を固定している。一方で、今後微細加工技術が進歩していけば、アレイ技術の最終的な到達点は、ターゲッ
トの個々の分子が一分子ずつナノメートル間隔で配列化した単分子ナノアレイであると考えられる（図１）。
このようなナノアレイ作成の足場としての利用が期待されているのが、DNAを用いて作成したナノ構造体である 1)。このようなナノアレイ形成に用いる足場とし

図１

ターゲット分子が一分子ずつナノメートル

間隔で配列化した単分子ナノアレイのイメージて、我々もこれまでに9本のDNAを平面に束ねてU字型のタイルをつくり、これを一次元方向に数珠つなぎに配列化してできる、ナノメートルサイズのウェルを等間隔に組み込んだテープ状の構造体を開発している 2）。
さらにこれらのウェルの両側の壁から二分子のビオチンを生やしておくと、それぞれのウェルにちょうど一分子ずつストレプトアビジン四量体が取り込まれ、ス
トレプトアビジンナノアレイを作製できることが明らかになっている。ウェルのサイズを二倍にするとしば
しば二分子のストレプトアビジンがウェル内に取り込
まれてくることから、ウェルへのゲストの取り込みはサイズ選択的である（図２）。
このようにナノアレイの作成に有効であることが確認された従来の系ではあるが、小さなDNAタイルを自図２ DNA で作ったナノメートルサイズのウェルへのストレプトアビジンのサイズ選択的取り込み

己集積化して作る一次元のナノ構造体は、（1）形成する構造体の長さを制御することができない、(2) それぞれのウェルを区別することが困難、などの不都合も存在した。そこで本研究では、DNAナノ構造体作成技術のもう一つのトレンドであるDNA origamiに着目した 3）。これは長鎖の1本鎖ウイルスDNAを多数の短い一本鎖DNA（一般にstaple strandと称される）を使用して一筆書きの要領で折りたたみ、任意の平面ナノ構造を作製する技術である。DNAorigamiの手法を利用し、ナノメートルサイズのウェルを組み込んだ新たなDNAナノ構造体の構築を行った 4)。
2. ナノメートルサイズのウェルを組み込 んだ DNA Origami の設計と確認
今回設計した DNA Origami の構造を図３に示す。足場となる環状 DNA ウイルス M13mp18 の 7249 塩基の 1 本鎖ゲノムを、構造を固定するための 267 本の staple strand を用いて一筆書き状に折りたたみ、
長さ約 280 nm の 10 本の DNA 二重らせんが平行に束ねられた棒状の構造体から、らせんの幅 2 ピッチ
分（6.8 nm）の幅を持つウェルが 9 つ切り抜かれた形状を作成する。実際の構造形成は 1xTAE/Mg2+(12.5mM)緩衝液中ですべての構成 DNA を混合し、90℃から 25℃まで徐冷（-1℃/min）することで行った。

– ３ –

溶液の AFM 測定により、マイカ上に長さ約 270 nm、幅約 30 nm、高さ約 1.4 nm のほぼ均一な棒状分子が多数観察された（図４）。これらの構造体の中には、約 24 nm の間隔で規則的に切り抜き状の穴が 9つ観察され、狙った通りのウェルが組み込まれた構造体が正しく形成されていることが確認できた。

図３

９つのウェルを組み込んだ DNA origami を形成する主鎖の折りたたみパターン

図4作成した DNA origami の AFM イメージ

3. ウェルへの単分子取り込みを利用したストレプ トアビジンナノアレイの作成
次いで、導入した各ウェルへのストレプトアビジンのサイズ
選択的な取り込みを検討した。まずは全てのウェルの左右両側の 壁面 に 位 置 する 合 計 18 本 の staple strand を 、5'末 端 に
biotin-TEG 残基を結合した修飾 DNA と入れ替えることで、Origami 本体のビオチン修飾を行った。通常通りの温度プロファイルで、ビオチン修飾 DNA を含む staple strand を使って
origami を形成させ、次いでウェルに対して 3 等量のストレプト
アビジンを溶液中に加えることで、一分子ずつストレプトアビ
ジンをウェルに取り込ませた。溶液の AFM 観察により、それぞれのウェルに高さ 5 nm のストレプトアビジンが正しく一粒

図５ 一次元のストレプトアビジン

ずつ内包されていることが確認できた（図５）。540 個のウェルナノアレイを確認したところ、ストレプトアビジン取り込みの収率はおよそ 99%だった。
従来の系のように DNA の U 字型タイルを一次元配列化した場合と異なり、origami 中のウェルは全て staple strand の配列で区別することができる。そこで一部のウェルだけにビオチン修飾を施したところ、狙った位置の狙ったウェルにのみ、選択的に一分子ずつストレプトアビジンを取り込むことに成功した。
さらに、片方の origami は奇数番目のウェルのみ、もう一方のorigami では偶数番目のウェルのみと、異なるパターンでビオチン修飾した 2 種類の origami 分子をあらかじめ用意しておき、これらを平行につなぎ合わせることで、ジグザグに配置した二図６

二次元ストレプトアビジン
ナノアレイ

次元ナノアレイの作成にも成功した（図６）。
4. ウェルへの単分子取り込みを利用した金ナノ粒 子アレイの作成
ナノテクノロジーでよく用いられる重要な材料の一つに、金のナノ粒子が挙げられる。ナノメート
ルレベルで距離を制御しながら金微粒子を配置することができれば、表面増強ラマン散乱など、バルクの系では評価が難しい特異な物理現象をより詳細に解析することが可能となり、将来新たなデバイスへと応用することが期待される。これまでウェルへの取り込みを行ってきたストレプトアビジンは– ４ –直径がおよそ 5 nm であり、一般的に用いられている金ナノ粒子とほぼ同じ大きさである。そこでorigami に導入したウェル内に、金ナノ粒子を取り込むことを検討した。金とチオールは比較的強固な結合を作ることが知られているため、ビオチン修飾の代わりにチオール修飾した staple strand を用意し、ストレプトアビジンを固定するのと同様、ナノ粒子を取り込ませたいウェルの両側から二分子のチオールが生えている DNA origami を調製した。ストレプトアビジンと異なり、十分な取り込み収率を得るためには一晩以上の反応が必要であったが、ターゲットが金ナノ粒子であっても、狙ったウェル内に必ず一粒子ずつ取り込まれることが明らかとなった。タンパク同様、無機ナノ粒子でもサイズ選択が機能していると推測される。
ウェルに取り込まれるゲストの種類は、ウェルに施した化学修飾の種類によって完全にコントロー
ルされており、たとえばビオチン修飾（奇数ウェル）とチオール修飾（偶数ウェル）を交互に施してやれば、ストレプトアビジンと金ナノ粒子が交互に並んだナノアレイを作成することも可能である（図７）。AFM 像では大きさが同じストレプトアビジンと金ナノ粒子を区別することができないが、このナノアレイ上で無電解メッキを行って金の粒子サイズを成長させることで、正しく偶数番目のウェル
のみに金が含まれていることを確認できた。
これまでにも DNA ナノ構造体を足場にした金ナノ粒子のアレイ化は数例報告されているが、そのいずれも、まずチオール修飾 DNA を一本だけ結合した金ナノ粒子を別途調製、精製し、これを DNA ナノ構造体に結合するという手順をとっている。本系はチオー
ル修飾した DNA origami の溶液に未修
飾の金ナノ粒子を加えるだけで、狙ったウェルのみに自動的に一粒子ずつが

図７

ストレプトアビジン/金ナノ粒子交互ナノアレイ（左）取り込まれる。金ナノアレイの非常に（右）は金の無電解メッキ後簡便な作成法を構築できた。
4. 異なるゲスト固定法の直接比較
DNA ナノ構造体上に固定化したゲストの解析を行うには、AFM によるイメージングが欠かせない。
しかしながら AFM で鮮明なイメージを得るためには、AFM プローブの個体差や日々のサンプル状態などの様々な要因に応じ、測定ごとにその都度パラメーターを微調整することが必須となっている。
このような理由から、従来の系では異なる方法で固定されたゲストの諸性質を完全に同一の条件で比較することは非常に困難であった。一方 DNA origami を用いた系では、同じ一つの構造体上で複数のゲスト固定法を同時に利用でき、さらにそれらを origami 上の位置情報から厳密に区別しながら、一度の測定で両者の性質を直接比較することができる。本研究ではこの特長を活かし、これまでに提案されている DNA ナノ構造体へのタンパク固定法を、直接比較することを試みた。Origami 中のウェルごとに異なった方法でストレプトアビジンを結合し、収率や固定されたゲストの安定性を１つの構造体上で検討する。まず我々が提唱するウェルの中にタンパクを取り込む方法と、最も一般的に行われている DNA ナノ構造体の表面にタンパクを結合する方法を比較した。9 つあるウェルのうち偶数番目に位置するウェルを短い DNA で埋めてしまい、かわりに origami の片方の面に直角に突き出すかたちでダンベル型のヘアピン構造を導入した。さらにこのダンベルの両側に一もしくは二分子のビオチンを修飾した。AFM 測定ではどちらのダンベルもストレプトアビジンを一分子結合したが、これらのスト
レプトアビジンは数回のスキャンを行っている間に全て脱落してしまった。次いで、ウェルの内部に取り込むためのビオチンの数についても検討した。二分子のビオチンで固定したストレプトアビジン– ５ –は十数回のスキャンにも耐えたのに対し、一分子のビオチンしか修飾されていないウェルに取り込まれたストレプトアビジンは、2、3 回のスキャンで容易に脱落してしまった。以上の実験から、DNA で囲まれたウェル内に二本のリンカーで固定する手法が最も効果的にタンパクを固定化できることが確
認された。

図９

ウェルに取り込んだストレプトアビジン（奇数ウェル）と origami 表面に固定したストレプトアビジン（偶数ウェル）の安定性の直接比較

6. おわりに
本研究により、ナノメートルサイズのウェルへのゲスト取り込みは、タンパクなどの有機分子、金ナノ粒子などの無機ナノ粒子にかかわらず、いずれもサイズ選択的に行うことができることが明らかとなった。DNA origami を足場に用いれば、狙った数だけ、狙った位置に、狙った種類のナノ粒子を、自在に配列化することが可能である。本研究ではビオチン/ストレプトアビジン相互作用および金/チオール結合を利用したが、ゲストを DNA ナノ構造体へ結合する手法はもちろんこれに限定されるものではない。近年の核酸化学研究の進展により DNA への化学修飾の技術は飛躍的に進歩しており、今日DNA に導入することができる官能基にはほぼ制限がないところまで到達している。最近注目を集めている click 化学や、すでに生化学研究において日常的に利用されている His タグ/Ni-NTA 錯体の結合などを活用することで、様々なゲスト分子を望み通りに配列化できると考えている。まずは酵素の挙動をナノスケール、単分子レベルで詳細に解析する系への応用を目指し、日々研究に取り組んでいる。
謝辞
本研究は、東京大学先端科学研究センター小宮山研究室にて、科研費（20750126）および新化学発展協会研究奨励金の両助成のもと行われました。すばらしい環境で自由な研究展開を認めてくださった小宮山眞教授のご厚意と日々のご指導に厚く御礼申し上げます。また、ともに研究に取り組んでくれた学生諸氏にも深く感謝いたします。
文献
1. N. C. Seeman, J. Theor. Biol., 99, 237 (1982); T. H. LaBean, H. Li, Nano Today, 2, 26 (2007).
2. A. Kuzuya, K. Numajiri, M. Komiyama, Angew. Chem. Int. Ed., 47, 3400 (2008).
3. P. W. K. Rothemund, Nature, 440, 297 (2006); A. Kuzuya, M. Komiyama, Nanoscale, in press, DOI:
10.1039/b9nr00246d (2010)
4. A. Kuzuya, M. Kimura, K. Numajiri, N. Koshi, T. Ohnishi, F. Okada, M. Komiyama, ChemBioChem, 10,
1811 (2009).

– ６ –研究紹介 （部会 講演賞 ）新規ローダミン骨格に基づい た近赤 外蛍光イメージングプローブの開発
東京大学大学院・薬学系研究科

小出 裕一郎1. はじめに
蛍光プローブとは検出したい対象と特異的に反応、結合することで蛍光強度や蛍光波長等の特性が変化し、必要な情報を与えてくれる機能性分子のことを言い、Tsien RYらによりカルシウムイオン（Ca2+）
プローブの開発が報告されて以来、これまでに数多くの有機小分子を基盤とした蛍光プローブが開発され、生物学や医学分野で研究ツールとして様々な知見を見出し、多大な成果を挙げてきた。その検出対象となっているものは、pH、金属イオン、酵素活性、活性酸素種など多岐に亘る。しかし、これまでに開発されてきた蛍光プローブの多くは350〜600 nmという紫外〜可視の蛍光を持つものであり、
650 nmを超えるような近赤外蛍光を有するものは少ない。近赤外光には組織透過性の高さや細胞傷害性の低さなど、この領域特有のバイオイメージングおける強みがあり、可視領域に比べて生物への応用という点でより大きな可能性を持っていると言えるが、なぜ近赤外蛍光プローブの数は少ないのだ
ろうか。その理由として、①水中で高い蛍光量子収率を持つなどのプローブの創製に適した性質を持つ近赤外蛍光色素が少ない、②構造を修飾、展開しやすい近赤外蛍光色素が少ない、③近赤外蛍光を制御する有効な手法が少ない、という３つが挙げられる。現在、プローブの母核として頻繁に用いられる近赤外蛍光色素はCy5やCy7などのシアニン系色素のみであるが、このシアニン系色素でさえもその近赤外蛍光を効果的に制御する方法はあまり多くない。可視領域に蛍光を持つ色素を制御する原理として、Photoinduced electron transfer (PeT)、Internal charge transfer (ICT)、共役系の長さの変化を利用したものがよく使われているが、シアニン系色素を母核としては、これらの蛍光制御法
を以って大きく蛍光特性が変化するような切れ味鋭い近赤外蛍光プローブを創製することは難しい。
一方で、Resonance energy transfer (RET）は近赤外蛍光を制御するにも有効な手段であり、シアニ
ン系色素を母核とした蛍光プローブにもよく利用されているが、分子全体のサイズが大きくなってしまうため、デザインの柔軟性が低くなり、ターゲットの範囲に限りがあるというデメリットがある。
このような状況で、汎用性のある近赤外蛍光プローブの分子設計法を確立することができれば、マル
チカラーイメージングにおける色素選択の幅が大きく広がることや、近赤外光特有のバイオイメージ
ングおける利点から、非常に有用であると考えられる。

図１

生体組織の光透過性 1)

図２ 細胞のマルチカラーイメージング 2)– ７ –2. 1 4 族ローダミン
ローダミンはその高い蛍光量子収率、光褪色耐性等の優れた蛍光特性から、ラベル色素や蛍光プローブの母核として広く用いられている蛍光色素であり、様々に構造展開されているが、そのほぼすべてにおいてキサンテン環10位の酸素原子は保存されている。Silole化合物に見られるよう、Si, Ge, Snなどの高周期14族原子をπ共役鎖の隣接する位置に導入すると、σ∗−π∗相互作用を起こすことにより（図３）、最低非占軌道（Lowest Unoccupied Molecular Orbital; LUMO）を安定化し、最高被占軌道（Highest
Occupied Molecular Orbital; HOMO）とのエネルギー差が小さくなるため、吸収・蛍光波長が伸びることが報告されているが、この性質はローダミンにも適用可能であり3)、我々はキサンテン環10位に高周期14族原子を導入することで、深赤色〜近赤外領域に該当する650 nm付近に吸収・蛍光を有するローダミンを合成した（図４）。これら14族ローダミンの蛍光特性を精査したところ、いずれも水溶液中において同波長領域に蛍光を持つシアニン系色素であるCy5と比較して、高い蛍光量子収率（Φfl＝0.3〜0.45）を示した（図５）。また、14族ローダミンの光褪色耐性を評価するため、色素を溶解させた水溶液に励起光を照射し、蛍光強度の変化を調べたところ、比較のために用いたCy5では大きな光褪色が見られたのに対し、14族ローダミンでは光褪色はほとんど見られず、従来のローダミンと同程度の非常に強い光褪色耐性を持つことが明らかとなった（図６）。

図３

Silole における LUMO の安定化

図５

図４ 14 族ローダミンの構造

図６ 光褪色実験

14 族ローダミンの光学特性– ８ –3. PeT の原理に基づいた近赤外蛍光 プローブの分 子設計法の確立とその応用
光誘起電子移動（Photoinduced electron Transfer; PeT）は蛍光制御原理のひとつである。通常、蛍光色素が光を吸収すると、基底状態にあった分子が一重項励起状態に励起され、これが基底状態に落ちてくる際に蛍光を発するが、蛍光団の近傍にHOMOの高い構造があると、そこから励起蛍光団への電子移動が起こり、励起された電子が元の軌道に落ちて来ることができなくなるため蛍光が消光する。
この電子ドナーのHOMOを目的物質検出前後で変化させることにより、蛍光のoff/onを制御することができ、蛍光プローブの開発に繋げることができる（図７）。PeTは、紫外〜可視領域の蛍光を制御するには非常に有効な手法であるが、近赤外蛍光を制御するには、蛍光団の励起エネルギーが小さくなる
ため難しいと考えられている。しかし、14族元素を導入したローダミンはその小さい励起エネルギーを補いうるに充分な高い還元電位を有するので、Rehm-Wellerの式からPeTによりその蛍光を制御可能であることが予想された（図８）。これを検証するため、様々な酸化電位を持つベンゼン環を有する
Si-Rhodamineを合成し、蛍光量子収率を測定したところ、アニリン構造のように酸化電位が低いベンゼン環を有するSi-Rhodamineではその蛍光量子収率はほぼ０まで抑制されていた（図９、１０）。また、
PeTにより蛍光制御を行いやすいことが既に判っているTokyoGreen4)と比較したところ、Si-Rhodamineは650 nmという長い波長を持つにもかかわらず、500 nm程度のTokyoGreenとほぼ同位置に、PeTによる蛍光制御のthresholdを有していた（図１１）。即ち、14族ローダミンはPeTによりその蛍光を高度に制御可能であることが判明した。

図７

PeT を利用した蛍光プローブの例（DAF-2）

図９

図８ 14 族ローダミンの還元電位と Rehm-Weller の式

TokyoGreen と Si-Rhodamine の構造

図１０

図１１

電子ドナーの HOMO と蛍光量子収率の関係– ９ –Si-Rhodamine の光学特性

我々はこのストラテジーを利用することで、いくつかの近赤外蛍光プローブの開発に成功した。このうち亜鉛イオン(Zn2+)プローブ（SiR-Zn）の開発例を簡単に紹介するが、これは電子ドナー部位の亜鉛キレーターにZn2+が配位する前後で電子ドナーのHOMOが変化することを利用しており、Zn2+が配位す
ることで最大15倍程度の蛍光強度の増大が見られた（図１３）。また、細胞系においてもプローブが機能することが確認できた（図１４）。

図１２

近赤外亜鉛イオンプローブ

図１４

図１３

亜鉛添加時の蛍光強度変化

HeLa 細胞を用いたイメージング

4. おわりに14族ローダミンの優れた点は、その蛍光特性や光褪色耐性のみならず、今回紹介したPeTのように従来のローダミンで使用されている蛍光プローブの分子設計法をそのまま適用することで近赤外蛍光プ
ローブ合成できるところにあると筆者は考えている。スペースの都合で紹介できなかったが、Si-Rhodamineを構造展開した結果、700 nm付近に吸収・蛍光を持つローダミンの開発にも成功している。今後、in vivoレベルでこれらローダミンのラベル色素や蛍光プローブの母核としての可能性について検討する予定である。

謝辞
本研究は、東京大学大学院薬学系研究科薬品代謝化学教室の教授・長野哲雄先生、准教授・浦野泰
照先生のご指導のもと行われたもので、この場を借りて厚く御礼申し上げます。また、日頃から様々なご助力を賜りました薬品代謝化学教室の教室員の皆様に深く感謝申し上げます。

文献1) Weissleder, R. Nat. Biotechnol. 2001, 19, 316-317. 2) Haugland, R. P., Ed. Invitrogen, Molecular Probes, Inc.
2005. 3) Fu, M. et al. Chem. Commun. 2008, 15, 1780-1782. 4) Urano, Y. et al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127,4888-4894.

– １０ –

研究紹介 （部会 講演賞 ）細胞内銅イオンの新たな蛍光 検出手 法の開発
京都大学大学院人間・環境学研究科

多喜正泰

1. はじめに
生体内に存在する遷移金属イオンの多くは、主にタンパク質と強固な結合を形成し、酵素活性中心や構造維持因子など、それぞれの金属イオン特有の機能を発揮している。このようなタンパク質の構造や機能を分子レベルで解明しようとする学問分野として生物無機化学が始まり、現在に至るまでタ
ンパク質化学、生化学、あるいはモデル化学的側面から詳細な解析が進められてきた。しかしながら、細胞レベル、個体レベルにおける金属代謝や動態に関する研究は非常に遅れており、最近になってよ
うやく進展を見せつつある。このような金属イオンの代謝機構には、細胞内でタンパク質と弱く結合
あるいは遊離(labile)している金属の存在が関与していると示唆されており、生理的役割の重要性が認識され始めている。細胞内金属イオンの動態解析に関する研究には、有用な蛍光プローブが求められている。すなわち、上記分野の進展の鍵は化学者が握っていると言っても過言ではない。事実、細胞内亜鉛イオンに関して最近明らかとなった、脱分極などの刺激による海馬のCA3領域からの放出1) や、細胞内の脱リン酸化反応を調節するセカンドメッセンジャーとしての役割2)などは、亜鉛蛍光プローブ
無しでは為し得なかった成果である。しかしながら、亜鉛蛍光プローブ開発の成功例3) とは対照的に、鉄や銅イオンをターゲットとした蛍光プローブ開発は大きく遅れをとっており、これが生理的役割の解明が進まない大きな要因の１つとなっている。このような背景のもと、筆者らは生体系に応用可能な銅１価蛍光プローブの開発を進めてきた。本稿では、分子デザイン戦略について述べると共に、銅１価イオンに対する反応性や細胞内銅イオンの蛍光イメージング測定などで得られた結果を紹介したい。

2. 銅蛍光プローブを開発するにあたって生体にとって銅イオンは必須金属であると同時に、過剰摂取は生体毒となるため生体内における銅イオンの取込・放出機構はタンパク質によって非常に緻密にコントロールされている。細胞内に取り込まれた銅イオンは銅シャペロンと呼ばれる種々の輸送タンパク質によって目的の場所へと運搬されるため、遊離の銅イオン濃度は非常に低いと考えられている4)。この一方で、細胞中への銅イオンの取込および細胞外への放出は比較的早い速度で起こることから、速度論的に易動性のある「銅イオンプール」の存在が示唆されている5)。しかしながら、その実態や局在の様子についてはほとんど解明が進んでいな
い。通常、細胞内はグルタチオンやシステインなどに代表される生体チオールにより還元的な状態で維持されているため、細胞内銅イオンの動態観察を目的とした場合、銅の２価種よりもむしろ１価種をタ

図１ 細胞内における銅の輸送機構（Bartnikas, T. B.; Gitlin,

ーゲットとするほうが望ましいとされる。これまで– １１ –

J. D. Nat. Struct. Biol. 2001, 8, 733-734.より抜粋）

数例ではあるが生体応用可能な銅１価蛍光プローブが報告されてきた6)。しかしながら、いずれの場合も高い蛍光バックグラウンドが大きな問題となっている。
そこで筆者らは、①還元的条件下において銅１価イオンと反応し、②強い蛍光シグナルを発する、③生体系に応用可能なプローブ分子の開発に着手した。これを達成するためには、これまでにない新
しいデザイン戦略を構築する必要がある。そこで筆者らが着目したのは、活性中心に単核銅イオンを有する酸素添加酵素の反応機構である。ドーパミンβモノオキシゲナーゼ(Dβ M)やペプチジルグリシン
α-アミデーティングモノオキシゲナーゼ(PAM)は代表的な銅含有モノオキシゲナーゼであり、分子状酸素を活性化して単核銅−活性酸素中間体を形成し、これが活性種となって基質の酸化反応（酸素添加反応）を触媒する。酵素において見られるこのような反応は、低分子量の銅錯体を用いたモデル化学的研究によってもよく再現されており、最近では伊東らによって単核銅−スーパーオキソ種による分子内ベンジル位の水酸化反応も報告された7)。筆者らはこのような銅１価イオンの反応性、すなわち、分子状酸素の活性化とそれに続く基質の酸化反応を銅１価イオンの蛍R

光プローブ開発にうまく利用できないかと考え、図２に示すFluTPA1を設計した。FluTPA1は還元型フルオレセイン骨格、金属イオン配位
部位、およびこれらを繋ぐリンカーという３つのパーツで構成されている。FluTPA1が銅１価イオンと錯形成すると分子内で酸素の活性化

O

O

OMe

N
R = COOH: FluTPA1

N
N

反応が起こる。続くリンカー部位の酸化反応が進行すれば、ベンジル

R = Me: FluTPA2

N

エーテル結合（酸素−炭素結合）が開裂し、生成物であるフルオレセ
イン由来の強い蛍光が観測されるのではないかと考えた（図３）。

図3

図2

銅１価蛍光プローブの構造

分子状酸素活性化反応を利用した銅１価イオンの蛍光検出原理

3. 銅１価蛍光プローブとしての機能検証
細胞中には0.5~10 mM程度のグルタチオンが存在し、そのうち約90 %は還元型(GSH)として存在する。本研究では、2 mM GSHのHEPES緩衝溶液(pH 7.20)を細胞内のモデル環境として用いることにした。
まず、FluTPA1の吸収および蛍光スペクトル測定を行ったところ、構造から予想されるとおり可視光領域に特徴的な吸収帯は観測されず、全くの無蛍光であった。この溶液の状態は、数日間変化しなかったことから、FluTPA1自身は安定であることがわかる。この溶液に対し、20 µMの銅１価イオン([CuI(CH3 CN)4]PF6)を加えると、約300倍以上もの著しい蛍光強度の増大が観測された（図４）。全く同様のスペクトルは、銅２価イオンを添加したときも得られたことから、銅２価イオンはGSHによって還元されたものと考えられる。事実、GSHの非存在下においては、スペクトル変化は全く認められなかった。ここで観測された蛍光はO-メチルフルオレセイン由来のものであることをHPLCやESI-MSによって確認している。すなわち、FluTPA1の炭素−酸素結合（ベンジルエーテル結合）開裂は、銅１価イオンとの反応によって引き起こされることが示唆された。さらに、銅イオンのキレート部位を４座– １２ –

配位子から単座配位子に置き換えた分子を合成し同様の検討を行ったが、蛍光の増大は全く観測されなかった。従って、蛍光増大を誘起するには銅１価イオンとの強い錯形成が重要であることがわかる。次に、FluTPA1の蛍光応答における金属イオンの選択性について検討を行った。大変興味深いことに、FluTPA1は銅１価および銅２価イオンに対してのみ非常に大きな蛍光増大を示した。現在、反応機構解明に向けて取り組んでいるところであるが、銅イオンに対する高い選択性は、おそらく生成する金属−活性酸素中間体の反応性の違いによるものであると考えている。すなわ

図4

ち、銅イオンを用いた場合のみFluTPA1内の反応点（ベンぞれ添加後の蛍光スペクトル。
溶液には 2 mM の GSH

ジル位の炭素−水素結合）と活性点（活性酸素種）が近接しが含まれている。

FluTPA1 および銅１価、銅２価イオンをそれていると推測され、上記反応が進行しているものと思われる。事実、反応後の溶液のESI-MSではベンジル位がカルボン酸にまで酸化された生成物が確認され、著者らが提唱した「銅−活性酸素中間体を経由する分子内酸化反応機構」を裏付ける結果となった。以上、FluTPA1に関して得られた結果は、銅１価蛍光プローブとして十分機能することを示しているため、次に生細胞内における銅１価イオンの蛍光イメージングを試みた。

4. 細胞内銅イオンの蛍光イメージング
まず初めに、FluTPA1の細胞膜透過性について検証を行ったが、カルボキシル基の高い極性のため残念ながら膜透過性は認められなかった。通常、このようなカルボキシル基はアセトキシメチル基(AM)などでエステル化させることによって脂溶性を高めることができる。一旦細胞内に取り込まれれば、細胞内に存在するエステラーゼによってエステルが加水分解され、再びカルボキシル基が再生される。
これに倣って筆者らもカルボキシル基のAMエステル化を試みたが、残念ながら合成することができなかった。そこで次に考えたのは、より脂溶性の高いプローブ分子の開発である。浦野・長野らの研究グループによって開発されたTokyoGreenはフルオレセインのカルボキシル基をメチル基に変換したもので、フルオレセインと同様の分光学的性質を示すと共にある程度の脂溶性も有している8)。そこで筆者らは、フルオレセインの代わりにTokyoGreenを骨格として採用し、図１に示すFluTPA2を新たに合成した。200 µMのCuSO4存在下で培養したHeLa細胞に対してFluTPA2を加え、さらに3時間培養したとこ
ろ、細胞内にフルオレセ
イン由来の強い蛍光シ
グナルが観測された（図５）。これに対し、銅イオンを加えていない場
合には顕著な蛍光増大は見られない。すなわち、FluTPA2は細胞膜透過性を有しており、細胞内に

図5

FluTPA2 による細胞内銅イオンの共焦点蛍光イメージング図。（左）HeLa 細胞を 200 µM
CuSO4 存在下で培養したもの（中央）同細胞の明視野図（右）通常条件での培養– １３ –

存在する銅１価イオンと反応して、これまでで示してきた炭素−酸素開裂反応が細胞内においても確かに進行していることがわかった。以上、筆者らが考案したFluTPAシリーズは細胞内銅イオンを蛍光検出するのに有用なプローブ分子であることを示すことができ、分子状酸素活性化反応を利用した新たな検出システムを構築することに成功した。

5. おわりに有用な蛍光プローブを設計・開発するためには、様々な化学反応を巧みに利用しなければならない。
本稿で紹介した蛍光プローブの分子設計は、銅含有モノオキシゲナーゼの酵素反応機構、特に小分子錯体を用いたモデル化学的研究によって得られてきた知見をヒントにしており、細胞内銅イオンの高感度な蛍光検出に十分適用可能であることがわかった。本プローブを用いることで、未だ不明とされている細胞内における「銅イオンプール」の局在分布が明らかになるものと期待している。また、金属イオンの配位場を改変することで、他の金属イオン種の検出システムを構築していきたいと考えている。

謝辞
本研究は、京都大学大学院人間・環境学研究科の山本行男研究室で行われた成果であります。特に研究遂行にご助力頂きました大学院生の伊吉祥平氏に深く感謝いたします。また、生細胞の共焦点イ
メージング測定では京都大学大学院工学研究科の浜地格教授、王子田彰夫講師に多大なご協力を頂きました。ここに深く感謝いたします。

文献
1. Ueno, S.; Tsukamoto, M.; Hirano, T.; Kikuchi, K.; Yamada, M. K.; Nishiyama, N.; Nagano, T.; Matsuki,
N.; Ikegaya, Y. J. Cell Biol. 2002, 158, 215-220.
2. Yamasaki, S.; Sakata-Sogawa, K.; Hasegawa, A.; Suzuki, T.; Kabu, K.; Sato, E.; Kurosaki, T.; Yamashita,
S.; Tokunaga, M.; Nishida, K.; Hirano, T. J. Cell Biol. 2007, 177, 637-645.
3. (a) Jiang, P. J.; Guo, Z. J. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 205-229. (b) Kikuchi, K.; Komatsu, K.; Nagano, T.
Curr. Opin. Chem. Biol. 2004, 8, 182-191. (c) Domaille, D. W.; Que, E. L.; Chang, C. J. Nat. Chem. Biol.
2008, 4, 168-175.
4. Rae, T. D.; Schmidt, P. J.; Pufahl, R. A.; Culotta, V. C.; O'Halloran, T. V. Science 1999, 284, 805-808.
5. Herd, S. M.; Camakaris, J.; Christofferson, R.; Wookey, P.; Danks, D. M. Biochem. J. 1987, 247, 341-347.
6. (a) Yang, L. C.; McRae, R.; Henary, M. M.; Patel, R.; Lai, B.; Vogt, S.; Fahrni, C. J. Proc. Natl. Acad. Sci.
2005, 102, 11179-11184. (b) Zeng, L.; Miller, E. W.; Pralle, A.; Isacoff, E. Y.; Chang, C. J. J. Am. Chem.
Soc. 2006, 128, 10-11.
7. Kunishita, A.; Kubo, M.; Sugimoto, H.; Ogura, T.; Sato, K.; Takui, T.; Itoh, S. J. Am. Chem. Soc. 2009,
131, 2788-2789.
8. Urano, Y.; Kamiya, M.; Kanda, K.; Ueno, T.; Hirose, K.; Nagano, T. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127,4888-4894.

– １４ –

研究紹介 （部会 講演賞 ）D4 リアクティブタグシステムに よ る細胞表層受容体の機能解析
京都大学大学院・工学研究科

野中 洋

1. はじめに多様化するタンパク質研究において、機能性分子をタンパク質に部位特異的にラベル化する手法の開発は必要不可欠である。例えば、蛍光性物質などのレポーターを標識することで生きた細胞や生体内でのタンパク質の動態をリアルタイムにとらえるイメージングへ利用することができる。また、ある種のクロスリンク剤を修飾することで、近傍に存在するタンパク質の検出が可能となり、タンパク質間相互作用の同定が可能となる。このようにタンパク質の人工的な修飾は有用であり、現在までに様々な手法が開発されてきた。タンパク質を人工的に修飾した例で、最も有益であったのがGFPなどをレポーターとして利用した蛍光イメージング技術であろう。レポーターアッセイは、明らかにしたい
タンパク質の遺伝子にレポーターとなるようなタンパク質を融合させるという手法である。この手法は非常に強力で数々の生理現象の解明に貢献してきている。しかし、レポーターとして用いるタンパ
ク質の分子サイズや機能が限定的であるために、その応用に制限があることも指摘されている。近年
では、そのような問題点を解決しようとする試みとして、翻訳後修飾型の小さいサイズのペプチドタ
グが用いられはじめている(図１) 1)。先駆的な研究例として、Tsienらが精力的に進めている小分子タグ-プローブペアによる機能化などがあげられる2)。これらの手法の開発よって、蛍光イメージングのみ
ならず、機能性有機分子を利用した様々な応用が可能である。
本稿では、近年我々が開発をおこなってきたペプチドタグ-小分子プローブペアを用いた共有結合
によるタンパク質標識法「Reactive Tag System」について紹介させていただきたい。
任意の機能性分子相互作用
ペプチドタグ+ペプチドタグ小分子プローブ
選択的認識

標的タンパク質

図１. ペプチドタグ−小分子プローブペアによる標的タンパク質の機能化

2. リアクティブタグシステムの開発
これまでに、我々は二核亜鉛錯体(DpaTyr-2Zn(II))が連続するアスパラギン酸配列(D4) と水中で1 : 1のコンプレックスを形成することを利用した新しいタンパク質ラベル化システムを報告している3)。このシステムは、タンパク質の蛍光バイオイメージングなどへと応用可能であった。一方で、これまでの配位化学のみによる可逆的なラベル化では、洗浄によるプローブの解離などの問題点が存在していた。そこで、我々はこれまでの配位化学によるラベル化をもとに、解離することのない強固な共有結合形成によるタンパク質ラベル化技術を目指した4)。
標的とするタンパク質をラベル化するにあたり DpaTyr-2Zn(II)誘導体の D4 タグ配列認識（近接効果）にともなう特異的共有結合反応を利用した。DpaTyr-2Zn(II)に導入した反応部位（α-クロロアセチル）– １５ –

に対して、D4 タグ配列近傍に反応性アミノ酸(Cys)を配置することで反応速度の向上を図った（図２Ａ）。
モデルペプチドと 1-2Zn の反応において、D4 タグと Cys 間における距離の最適化を行った結果、Alaを６個スペーサーとしてもつ CA6D4 タグが最も反応速度が高く、認識を伴わない反応（Pyrophosphate
による認識阻害条件）との比較において初速度にして 1500 倍を越える反応性を獲得できた（図２Ｂ）。
A) Ac-Trp-Ala-Cys-(Ala)n-Asp-Asp-Asp-Asp-Ala-NH2

B)

Ala 6

N

N
N
N Zn
O Zn N
N

S

O

Cl

Ala 2
Ala 6 (PPi)

OMe

N
H

O

1-2Zn(II)図２.Ａ）モデルタグペプチドとプローブ、Ｂ）反応初速度と反応率の時間変化

3. リ ア クテ ィ ブ タ グ シス テ ム に よ るタンパク質の 標識・機能化
次に、最適化されたタグを導入したモデルタンパク質(CA6D4-EGFP)に対して本手法の適用を検討した。2-2Zn を添加することにより、タンパク質表面に存在する他のアミノ酸側鎖と反応することなく、タグ上の Cys 残基特異的に様々な機能性分子を修飾可能であることが MALDI-TOF mass 測定により明らかになった（図２Ａ,Ｂ）。また、様々な Cys 含有タンパク質の混在下や大腸菌ライセート共存下においても極めて選択的に標的タンパク質に対してラベル化可能であることが、蛍光色素を修飾すること
で SDS-PAGE により明らかとなった（図２Ｃ）
。
A)

B)
N
N
N Zn
O Zn N
N

N
H

O

O

2-2Zn(II)Pyrophosphate
Huisgen Reaction

H
N

O

Cl

5 min
BSA

O

OMe

O

N
H

+ +
- +
+ +

3

4

+ +
- +
+ +

75 kDa37 kDaOO

2

50 kDa2-2Zn(II)

N

1

C)

0 min

N

O

O

Coumarin-Azido

CA6D4- EGFP

15 minH
NO

GST

25 kDa20 kDa

N3
29000

34000

Hemoglobin
Thioredoxin

15 kDa図３.Ａ）用いた分子、Ｂ）MALDI-TOF-MSによる反応の追跡、Ｃ）夾雑系における選択的化学標識

4. 細胞表層受容体の蛍光イメージング
我々は D4 タグの認識を利用した共有結合による標識を GPCR(G タンパク質共役型受容体：膜タンパク質)であるブラジキニン受容体（B2R）に用いた。GPCR は細胞外からの刺激を細胞内へと伝える
鍵タンパク質であり、創薬の標的としても重要である。我々は発現量が少ない GPCR を効率的に標識するために、認識の多価効果による親和性の向上を新たに取り入れた。すなわち、これまでに最適化された反応ペアである 1-2Zn(II)と CA6D4 タグに、認識部位である DpaTyr と D4 タグをそれぞれもう１組ずつ導入した（図４Ａ）。

– １６ –

標的となる B2R の細胞外 N 末端領域に認識部位である D4 をダイマー化したリアクティブタグ
CAAAAAADDDDADDDD を導入した。まず蛍光色素であるローダミンを有するプローブ 3-4Zn(II)用い、
B2R の蛍光標識を試みた。リアクティブタグを導入した B2R を発現させた細胞に対して、プローブ
3-4Zn(II)の標識後に認識阻害剤を含む溶液で十分な洗浄をおこなった。その後、共焦点レーザー顕微鏡による観察をおこなうと細胞表層にローダミンプローブ由来の蛍光が観察された。このプローブ蛍光
は、発現マーカーである B2R アンタゴニスト由来の Cy5 蛍光と細胞表層でよい一致を示したことから、ラベル化されたプローブと B2R は共局在していると考えられる（図４Ｃ）。一方、タグを融合させていない B2R 受容体とプローブをインキュベートさせたサンプルでは、プローブ由来の蛍光は確認されなかったことから、リアクティブタグを導入した B2R を選択的に蛍光標識していることが示唆された。
共有結合標識であることは 4-4Zn(II)を用いた Blotting などのラベル化後解析から確認された（データ非
掲載）。
A)

B)

C) i) Rho-probe
N

O
Cl

N

N
N
N Zn
O Zn
N

6Cl-

N
H

H
N

O

ii) Cy5-Antagonist

N

O

O
N
H

H
N

R1 =

O
N
H

O

O

O

O

H
N

3-4Zn(II): R = R1, X = Cl

N
O Zn
N Zn
N

4-4Zn(II): R = R3, X = Cl

N

+

-

O

R

CO2

N

iii) DIC

N

N

R2 =

O

O

O

S

H
N
O

H HN

iv) Merge

H
NHO

図４.Ａ）GPCRラベル化模式図、Ｂ）プローブの化学構造、Ｃ）B2Rに対する選択的な蛍光標識

5. 細胞表層受容体の機能解析
次に、我々は共有結合による標識を可能とする本手法を用いて、受容体の細胞内動態の観測を試みた。GPCR の中には作動薬であるアゴニストが結合すると、細胞内に入って一時的に活性を失うことによって、シグナルを制御するインターナリゼーションという制御機構が見られる。このインターナ
リゼーションの解析は作動薬であるアゴニストの応答などの研究に有用である。
Rhodamine プローブをラベルさせたリアクティブタグつき B2R に、室温下 B2R のアゴニスト（作動薬）であるブラジキニン 200 nM を添加すると、アゴニスト刺激に応答して時間変化と共に受容体の細胞内への移行が確認された（図５Ａ）。この移行現象は、アゴニスト刺激無しでは観測されなかった。
これらの結果から、合成プローブによるインターナリゼーションの観測に成功したといえる。

– １７ –

我々は本標識法の GPCR への標識特異性を生かし、受容体近傍のミクロ環境センシングを試みた。
インターナリゼーションが起こると、GPCR を含むエンドソーム内の pH が中性から酸性側に変化していくことが知られている。GPCR 周辺環境のセンシングのデモンストレーションとして、インターナ
リゼーションにおける受容体近傍の pH 変化の検出を試みた。受容体のタグに標識された Biotin に対して、酸性 pH 感受性の色素である CypHer5E を修飾した Streptavidin を結合させた。ここに室温下、B2Rのアゴニストであるブラジキニンを添加すると、アゴニスト刺激に応答して時間変化と共に受容体の細胞内への移行が確認された。この移行現象に伴って、CypHer5E 由来の蛍光強度の上昇が見られイン
ターナリゼーション中の GPCR がおかれている環境が酸性環境になっていることをイメージングできた（図５Ｂ）。この際、pH 非感受性の色素である HiLyte488 を修飾した Streptavidin を内部標準として同時に用いることで、蛍光強度の比を用いるレシオ値による解析も可能であった。

A)

Rho-probe

DIC0hB) i) DICii) SA-HiLyte488iii) Cypher5Eiv) Ratio0h00.6
Cypher5E/HiLyte488

Rho-probei) DICDIC

0.5 hii) SA-HiLyte488iii) Cypher5Eiv) Ratio

2h00.6Cypher5E/HiLyte488

図５.Ａ）B2Rのアゴニストであるブラジキニン刺激によるインターナリゼーションの観測、
Ｂ）B2Rのインターナリゼーションに伴うエンドソーム内pH変化の蛍光センシング

6. おわりに
筆者らは、ペプチドタグに対する選択的な分子認識と化学修飾反応とを組み合わせることで、タン
パク質共有結合標識技術「リアクティブタグシステム」を開発した。本手法は様々な機能性分子をタンパク質に導入可能であり、多様な応用展開が可能である。また今回紹介した以外の GPCR に対しても適用可能であることを確認しており、GPCR に対する一般性を有していると言える。未だ全容が解明されていない膜タンパク質の機能解析に本手法が貢献することを期待したい。

謝辞
本研究は、京都大学大学院工学研究科の浜地格教授・王子田彰夫講師の御指導のもとおこなわれました。厚く御礼申し上げます。研究遂行においては、様々な点でご助力いただきました京都大学浜地研究室の皆様に深く感謝いたします。

参考文献
1. M. Fernández-Suárez, A. Y. Ting, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 9, 929 (2008)
2. B. A. Griffin, S. R. Adams, R. Y. Tsien, Science, 281, 269 (1998)
3. A. Ojida, K. Honda, D. Shinmi, S. Kiyonaka, Y. Mori, I. Hamachi, J. Am. Chem. Soc., 128, 10452-10459 (2006)
4. H. Nonaka, S. Tsukiji, A. Ojida, I. Hamachi, J. Am. Chem. Soc., 129, 15777-15779 (2007)– １８ –

部会行事

第２４回 生体機能関連化学シンポジウム開催報告
実行委員長：九州大学

成田吉徳

本年度の同シンポジウムは第１２回バイオテクノロジー部会シンポジウムと並列開催するとの新形式で 9 月 13 日より 15 日の 3 日間、九州大学百年講堂（馬出キャンパス）で開催し、盛会裏に閉じることが出来ました。各部会における取り決めにより本年度は個別開催の年度にあたりますが、近年、両シンポジウムでそのトピックに共通性が高くなってきております。そこで、このような開催形式とすることで、各部会のシンポ
ジウムの独自性を保ちつつ、参加者は一度の登録で両シンポジウムに出席できるほか、幅広い研究者との交流もできるとの利点があります。バイオテクノロジー部会シンポジ
ウムは 13 日午後、中堅・若手研究者を中心とした招待講演形式で行われ、背景や考え方、その展開についてまとめて聞けたため好評でした。日曜日の午後にもかかわらず百年講堂の大ホール（572 席）がかなり埋まるとの盛況でした。2 日目からは通常の生体機能関連化学シンポジウムとして一般講演を行い、ポスターと懇親会は両シンポジウムの共催としました。その結果、参加登録者数 422 名（事前登録 308 名、当日登録 114名）、口頭発表数（バイオテクノロジー部会シンポジウム７件および一般口頭発表 86件）、ポスター発表数 222 件（うち ATP が７件）との多数になりました。
今年の開催場所に使いました九大病院地区にある百年講堂は口頭発表に使った 3 会場が一つの建物内で並んでおり、会場間の移動に時間を要しない他、その比較的大きな
ロビーを使ってポスター会場としたほか、懇親会も同建物内で行う様にしました。これ
らの会場間の移動の容易さに加えて、最寄り地下鉄駅から会場まで 5 分程度とそのアクセスの良さは参加された皆様方に大変好評でした。
シンポジウム終了後にお酒を酌み交わしながらの交流や非公式な情報交換はシンポジウムでの学術発表と同じかそれ以上に重要です。幸い、福岡市内には数多くある料理
屋や飲み屋で美味しい魚、鳥、肉などの料理と多数の焼酎を合理的な値段で楽しんでいただくと共に、懇親を深めていただけたものと思います。
なお本シンポジウム開催にあたり、九大・工学研究院

後藤雅宏教授、片山佳樹教授、

山東信介教授、神谷典穂准教授、新留琢郎准教授と各研究室のメンバーの方の渾身的なご努力を頂きました。
来年度は大阪大学大学院理学研究科

深瀬

教授にお世話をいただき、両部会の合同

シンポジウムとして豊中キャンパスにて開催いただけることになっております。

– １９ –

第 24 回生体機能関連化学シンポジウム・
第 12 回バイオテクノロジー部会シンポジウム講演賞
審査委員長

渡辺芳人

名古屋大学物質科学国際研究センター

日本化学会生体機能関連化学シンポジウムでは講演賞を 3 ないし 4 件選定しています。今回
は、日本化学会バイオ関連 2 部会の主催、同ディビジョンおよび化学工学会バイオ部門の共催によるシンポジウムということで、これまで以上に広い分野の講演が選考対象になりました。
応募件数は 22 件で、三会場に分かれて発表が行われました。。
応募された皆さんの発表は、どれもよく準備されており、内容的にも高いレベルでしたが、あえて受賞された皆さんが優れていた点を挙げるとすれば、
1) テーマの新規性
2) ずば抜けたデータの質・量の充実
3) 分野外の聴衆にも分かり易いイントロダクション
4) 発表全体のストーリーが論理的に整理され、理解しやすいなどの点が強く感じられたということです。
これまでも何回か指摘してきましたが、全体の発表で気になるのは、1) 専門家以外の人間には理解できない略号の使用が結構目に付きます。参加者が広い分野にわたる学会では、講演者
は常に聴衆を意識したプレゼンテーションを心がけていただきたいと思います。また、研究の意義や、そのテーマを理解するためのイントロダクションなどをほとんど飛ばして、すぐにご
自分の研究の中身にに入ってしまう発表も相当数ありました。せっかくの研究の価値が伝わらない結果となりますので、十分注意してい発表の準備を御願いしたいと思います。
なお、審査にご協力いただいた先生方に深く御礼申し上げます。

受賞講演者−発表演題（五十音順、敬称略）
葛谷 明紀（東大先端研）「ナノメートルサイズのウェルを組み込んだ DNA origami の構築とゲスト分子のサイズ選択的取り込み」
小出 裕一郎（東大院薬）「新規ローダミン骨格に基づいた近赤外蛍光イメージングプローブの開発」
多喜 正泰（京大院人環）「還元型フルオレセイン骨格を利用した新規銅一価蛍光センサーの開発」
野中 洋（京大院工）「D4 リアクティブタグシステムによる細胞表層受容体の機能解析」– ２０ –

部会行事

第２４回生体機能関連化学シンポジウム若手フォーラム開催報告
若手フォーラム代表世話人
九州大学大学院工学研究院

藤ヶ谷

剛彦

第２４回生体機能関連化学シンポジウムは九州地区が幹事（世話人：藤ヶ谷剛彦・九州大学、
狩野有宏・九州大学）となり、９月１６日（水）に九州大学病院地区百年講堂において開催いたしました。折しも高分子学会討論会（in 熊本大学）と日程が重なったために参加者の減少が危惧されましたが参加人数４５名（講師４名、一般１３名、学生２８名）と多くの参加をいただきました。特に、多忙の中講演を快諾していただいた安中雅彦先生（九州大学）、大谷亨先生（神戸大学）、山東信介先生（九州大学）、岸村顕広先生（東京大学）には厚く御礼申し上げます。
４名の講師の先生方からはそれぞれ、「バイオハイドロゲルの構造・物性とダイナミクス」（安中先生）、「超分子を利用した生体反応の蛍光検出の試み」（大谷先生）、「生物と化合物のあいだ：分子レベルでの細胞・生体機能を探る ChemBio ハイブリッドテクノロジー」（山東先生）、「水系における荷電性ポリアミノ酸の集合挙動の動的制御とその生体材料への応用」（岸村先生）というタイトルで講演いただき、活発な質疑応答で会場も大いに盛り上がりました。最先端の研究であったことはもちろんのこと、それぞれの先生の個性溢れる研究スタイル、講演スタイルに触れることができ会場も大いに刺激を受けたのではないかと感じています。
講演に引き続いて行ったポスター発表は一般参加者、招待講演者の投票により澤田知久さん（東京大学大学院工学系研究科）、清瀬一貴さん（東京大学大学院薬学系研究科）に決定し賞状と記念品を授与いたしました。発表時間が限られていた（立食も兼ねて１時間３０分）ためにせっかくのハイレベルなポスターを十分に網羅することができなかったことが心残りでありました。じっくり審査し、また発表者同士も互いのポスターを通じて刺激を受けられるだけの時間を工夫して確保すべきであったと運営側として反省する点でありました。各参加者がこの会を通じて得たつながりを今後に生かしてくれることを期待しています。
最後に、本会の運営と開催に関しましてご協力頂きました世話人の方々、アルバイ
トの学生のみなさま、日本化学会高橋学様に厚くお礼を申し上げます。また生体機能関連化学部会の支援に感謝いたします。

– ２１ –

ニュースレター Vol.24, No.3

2009 年 12 月 5 日発行

事務局：101-8307 東京都千代田区神田駿河台 1-5, 日本化学会生体機能関連化学部会
Office of the Secretary ; The Chemical Society of Japan, 1-5 Kanda-Surugadai,Chiyodaku,Tokyo 101-8307,Japan
URL:http://seitai.chemistry.or.jp/

mailto:seitai@chemistry.or.jp
編集委員：塩谷光彦，片山佳樹，依馬 正