論文・総説

 

2024




2023






【研究概要】ラマン散乱は蛍光と比べてスペクトル幅が狭いため,多重検出に秀でたイメージング手法として注目を集めています。しかし,ラマンイメージングに利用可能なラマンプローブの数は少なく,特に標的分子との反応前後でラマン信号強度が変化するようなactivatable型ラマンプローブの報告は極めて限定的でした。そのような中,我々のグループではこれまでに,標的酵素との反応によってラマン信号がoffからonにactivateされるラマンプローブを世界に先駆けて発表していました(J. Am. Chem. Soc. 142, 20701-20707 (2020))が,このプローブには生体組織において標的細胞のみを選択的に染色できないという課題がありました。本研究では,このような課題を克服した新規activatable型ラマンプローブの開発に成功しました。本プローブは酵素反応後に,吸収波長の長波長化に伴う前期共鳴ラマン効果の増大によってラマン信号がactivateされるのに加え,プローブの凝集体形成能もactivateされる性質があり,酵素反応後に凝集体を形成することで細胞内滞留性が向上し,酵素発現領域と非発現領域の染め分けが可能になることが明らかになりました。本プローブは様々な細胞が混在するヘテロな生体組織でも高い選択性で標的細胞領域を染色することができるため,生体組織における多重酵素活性イメージングへの応用が期待されます。[プレスリリース]




【研究概要】光照射で信号がONになるphotoactivatable型蛍光プローブは、特定の細胞や生体分子の動態を高い時空間分解能で追跡するのに有用ですが、蛍光スペクトルは比較的幅が広いため同時に使用できるプローブの数に制限があります。一方でラマン散乱はスペクトル幅が蛍光よりも狭く、ラマンプローブを用いたイメージングにより同時に多種類の標的分子を識別可能です。したがってphotoactivatable型ラマンプローブを開発することができれば、マルチターゲットな生命現象を詳細に追跡可能となると考えられます。今回我々の研究グループでは、キサンテン10位にテルルを有する9-cyano-10-telluriumpyronin(9CN-TeP)を色素母核とした新規photoactivatable型ラマンプローブの開発に成功しました。9CN-TeP誘導体は酸化されることで吸収波長が長波長化し、前期共鳴ラマン効果によるラマン信号の増強が生じます。さらに構造展開によって安定性が向上した9CN-diMeJTePは赤色光照射によって迅速に光酸化されラマン信号が増大するphotoactivatable型ラマンプロ-ブとして機能することが明らかになりました。今後、さらに分子を改良することで、photoactivatable型ラマンプロ-ブを用いた細胞イメージング等の生命科学研究への応用が期待されます。

2022






2021










 2020












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2016

Doura T, Kamiya M*, Obata F, Yamaguchi Y, Hiyama TY, Matsuda T, Fukamizu A, Noda M, Miura M, Urano Y*: Detection of LacZ-Positive Cells in Living Tissue with Single-Cell Resolution. Angew. Chem. Int. Ed. 55, 9620-9624 (2016). 


Okubo K, Kamiya M, Urano Y, Nishi H, Herter JM, Mayadas T, Hirohama D, Suzuki K, Kawakami H, Tanaka M, Kurosawa M, Kagaya S, Hishikawa K, Nangaku M, Fujita T, Hayashi M, Hirahashi J*: Lactoferrin Suppresses Neutrophil Extracellular Traps Release in Inflammation. EBioMedicine. 10, 204-15 (2016).


Shinden Y, Ueo H, Tobo T, Gamachi A, Utou M, Komatsu H, Nambara S, Saito T, Ueda M, Hirata H, Sakimura S, Takano Y, Uchi R, Kurashige J, Akiyoshi S, Iguchi T, Eguchi H, Sugimachi K, Kubota Y, Kai Y, Shibuta K, Kijima Y, Yoshinaka H, Natsugoe S, Mori M, Maehara Y, Sakabe M, Kamiya M, Kakareka JW, Pohida TJ, Choyke PL, Kobayashi H, Ueo H, Urano Y*, Mimori K*: Rapid diagnosis of lymph node metastasis in breast cancer using a new fluorescent method with γ-glutamyl hydroxymethyl rhodamine green. Sci. Rep. 6, 27525 (2016).


Onoyama H, Kamiya M, Kuriki Y, Komatsu T, Abe H, Tsuji Y, Yagi K, Yamagata Y, Aikou S, Nishida M, Mori K, Yamashita H, Fujishiro M, Nomura S, Shimizu N, Fukayama M, Koike K, Urano Y*, Seto Y*: Rapid and sensitive detection of early esophageal squamous cell carcinoma with fluorescence probe targeting dipeptidylpeptidase IV. Sci. Rep. 6, 26399 (2016).


Hino H, Kamiya M, Kitano K, Mizuno K, Tanaka S, Nishiyama N, Kataoka K, Urano Y*, Nakajima J*: Rapid Cancer Fluorescence Imaging Using A γ-Glutamyltranspeptidase-Specific Probe For Primary Lung Cancer. Transl. Oncol. 9, 203-210 (2016).


Matsuzaki H, Kamiya M, Iwatate RJ, Asanuma D, Watanabe T*, Urano Y*: Novel Hexosaminidase-Targeting Fluorescence Probe for Visualizing Human Colorectal Cancer. Bioconjug. Chem. 27, 973-81 (2016).


Mizushima T, Ohnishi S*, Shimizu Y, Hatanaka Y, Hatanaka KC, Hosono H, Kubota Y, Natsuizaka M, Kamiya M, Ono S, Homma A, Kato M, Sakamoto N, Urano Y: Fluorescent imaging of superficial head and neck squamous cell carcinoma using a γ-glutamyltranspeptidase-activated targeting agent: a pilot study. BMC Cancer 16, 411 (2016).


Hattori M, Kawamura G, Kojima R, Kamiya M, Urano Y, Ozawa T*: Confocal Bioluminescence Imaging for Living Tissues with a Caged Substrate of Luciferin. Anal. Chem. 88, 6231-8 (2016).


Kawakubo K, Ohnishi S*, Hatanaka Y, Hatanaka KC, Hosono H, Kubota Y, Kamiya M, Kuwatani M, Kawakami H, Urano Y*, Sakamoto N: Feasibility of Using an Enzymatically Activatable Fluorescence Probe for the Rapid Evaluation of Pancreatic Tissue Obtained Using Endoscopic Ultrasound-Guided Fine Needle Aspiration: a Pilot Study. Mol. Imaging Biol. 18, 463-71 (2016).


Kitakaze K, Mizutani Y, Sugiyama E, Tasaki C, Tsuji D, Maita N, Hirokawa T, Asanuma D, Kamiya M, Sato K, Setou M, Urano Y, Togawa T, Otaka A, Sakuraba H, Itoh K*: Protease-resistant modified human β-hexosaminidase B ameliorates symptoms in GM2 gangliosidosis model. J. Clin. Invest. 126, 1691-703 (2016).


Shimane T*, Aizawa H, Koike T, Kamiya M, Urano Y, Kurita H: Oral cancer intraoperative detection by topically spraying a γ-glutamyl transpeptidase-activated fluorescent probe. Oral Oncol. 54, e16-8 (2016).


Hayashi A, Asanuma D, Kamiya M, Urano Y, Okabe S*: High affinity receptor labeling based on basic leucine zipper domain peptides conjugated with pH-sensitive fluorescent dye: Visualization of AMPA-type glutamate receptor endocytosis in living neurons. Neuropharmacol. 100, 66-75 (2016).

Before 2015

Iwatate RJ, Kamiya M, Urano Y*: Asymmetric Rhodamine-Based Fluorescence Probes for Multi-colour In Vivo Imaging. Chem-Eur. J. 22, 1696-1703 (2015).


Anraku Y, Kishimura A, Kamiya M, Tanaka S, Nomoto T, Toh K, Matsumoto Y, Fukushima S, Sueyoshi D, Kano MR, Urano Y, Nishiyama N, Kataoka K*: Systemically Injectable Enzyme-Loaded Polyion Complex Vesicles as In Vivo Nanoreactors Functioning in Tumors. Angew. Chem. Int. Ed. 55, 560-5 (2016).


Kamiya M, Urano Y: Rapid and sensitive fluorescent imaging of tiny tumors in vivo and in clinical specimens. Curr. Opin. Chem. Biol. 33, 9-15 (2016).


Hirabayashi K, Hanaoka K, Takayanagi T, Toki Y, Egawa T, Kamiya M, Komatsu T, Ueno T, Terai T, Yoshida K, Uchiyama M, Nagano T, Urano Y*: Analysis of Chemical Equilibrium of Silicon-Substituted Fluorescein and Its Application to Develop a Scaffold for Red Fluorescent Probes. Anal. Chem. 87, 9061-9 (2015).


Ueo H, Shinden Y, Tobo T, Gamachi A, Udo M, Komatsu H, Nambara S, Saito T, Ueda M, Hirata H, Sakimura S, Takano Y, Uchi R, Kurashige J, Akiyoshi S, Iguchi T, Eguchi H, Sugimachi K, Kubota Y, Kai Y, Shibuta K, Kijima Y, Yoshinaka H, Natsugoe S, Mori M, Maehara Y, Sakabe M, Kamiya M, Kakareka JW, Pohida TJ, Choyke PL, Kobayashi H, Ueo H, Urano Y*, Mimori K*: Rapid intraoperative visualization of breast lesions with γ-glutamyl hydroxymethyl rhodamine green. Sci. Rep. 5, 12080 (2015).


Uno S, D.K.Tiwari, Kamiya M, Arai Y, Nagai T*, Urano Y*: A guide to use photocontrollable fluorescent proteins and synthetic smart fluorophores for nanoscopy. Microscopy 64, 263-77 (2015).


Asanuma D, Sakabe M, Kamiya M, Yamamoto K, Hiratake J, Ogawa M, Kosaka N, Choyke PL, Nagano T, Kobayashi H, Urano Y*: Sensitive β-galactosidase-targeting fluorescence probe for visualizing small peritoneal metastatic tumours in vivo. Nat. Comm. 6, 6463 (2015).


Hirakawa Y, Yoshihara T, Kamiya M, Mimura I, Fujikura D, Masuda T, Kikuchi R, Takahashi I, Urano Y, Tobita S, Nangaku M*: Quantitating intracellular oxygen tension in vivo by phosphorescence lifetime measurement. Sci. Rep. 5, 17838 (2015).


Kojima R, Takakura H, Kamiya M, Kobayashi E, Komatsu T, Ueno T, Terai T, Hanaoka K, Nagano T, Urano Y*: Development of a Sensitive Bioluminogenic Probe for Imaging Highly Reactive Oxygen Species in Living Rats. Angew. Chem. Int. Ed. 54, 14768-71 (2015).


Mori K, Ishizawa T*, Yamashita S, Kamiya M, Urano Y, Kokudo N: Intraoperative visualization of pancreatic juice leaking from the pancreatic stump in a swine model. Gastroenterology 149, 1334-6 (2015).


Takakura H, Kojima R, Kamiya M, Kobayashi E, Komatsu T, Ueno T, Terai T, Hanaoka K, Nagano T, Urano Y*: New Class of Bioluminogenic Probe Based on Bioluminescent Enzyme-Induced Electron Transfer: BioLeT. J. Am. Chem. Soc. 137, 4010-4013 (2015).


Sato C, Abe S*, Saito Y, So Tsuruki E, Takamaru H, Makazu M, Sato Y, Sasaki H, Tanaka H, Ikezawa N, Yamada M, Sakamoto T, Nakajima T, Matsuda T, Kushima R, Kamiya M, Maeda S, Urano Y*: A pilot study of fluorescent imaging of colorectal tumors using a γ-glutamyl-transpeptidase-activatable fluorescent probe. Digestion. 91, 70-6 (2015).


Miyata A, Ishizawa T*, Kamiya M, Shimizu A, Kaneko J, Ijichi H, Shibahara J, Fukayama M, Midorikawa Y, Urano Y, Kokudo N: Photoacoustic tomography of human hepatic malignancies using intraoperative indocyanine green fluorescence imaging. PLOS One 9, e112667 (2014).


Fujii T, Kamiya M, Urano Y*: In Vivo Imaging of Intraperitoneally Disseminated Tumors in Model Mice by Using Activatable Fluorescent Small-Molecular Probes for Activity of Cathepsins. Bioconjug. Chem. 25, 1838-46 (2014).


Umeda N, Takahashi H, Kamiya M, Ueno T, Komatsu T, Terai T, Hanaoka K, Nagano T, Urano Y*: Boron dipyrromethene as a fluorescent caging group for single-photon uncaging with long-wavelength visible light. ACS Chem. Biol. 9, 2242-2246 (2014).


Yoshida M, Kamiya M, Yamasoba T, Urano Y*: A highly sensitive, cell-membrane-permeable fluorescent probe for glutathione. Bioorg. Med. Chem. Lett. 24, 4363-6 (2014).


Uno S, Kamiya M*, Yoshihara T, Sugawara K, Okabe K, Tarhan M C, Fujita H, Funatsu T, Okada Y, Tobita S and Urano Y*: A spontaneously blinking fluorophore based on intramolecular spirocyclization for live-cell super-resolution imaging. Nat. Chem. 6, 681–689 (2014). 


Ichikawa Y, Kamiya M, Obata F, Miura M, Terai T, Komatsu T, Ueno T, Hanaoka K, Nagano T, Urano Y*: Selective Ablation of β-Galactosidase-Expressing Cells with a Rationally Designed Activatable Photosensitizer. Angew. Chem. Int. Ed. 53, 6772-6775 (2014).


Asanuma D, Takaoka Y, Namiki S, Takikawa K, Kamiya M, Nagano T, Urano Y, Hirose K.*: Acidic-pH-Activatable Fluorescence Probes for Visualizing Exocytosis Dynamics. Angew. Chem. Int. Ed. 53, 6085-6089 (2014).


Abo M, Minakami R, Miyano K, Kamiya M, Nagano T, Urano Y, Sumimoto H*: Visualization of Phagosomal Hydrogen Peroxide Production by A Novel Fluorescent Probe That Is Localized via SNAP-tag Labeling. Anal. Chem. 86, 5983-90 (2014).


Watanabe R, Soga N, Fujita D, Tabata KV, Yamauchi L, Hyeon Kim S, Asanuma D, Kamiya M, Urano Y, Suga H, Noji H*: Arrayed lipid bilayer chambers allow single-molecule analysis of membrane transporter activity. Nat. Commun. 5, 4519 (2014).


Arai HC, Yukawa A, Iwatate RJ, Kamiya M, Watanabe R, Urano Y, Noji H*: Torque generation mechanism of F1-ATPase upon NTP binding. Biophys J. 107, 156-64 (2014).


Sakabe M, Asanuma D, Kamiya M, Iwatate RJ, Hanaoka K, Terai T, Nagano T, Urano Y*: Rational design of highly sensitive fluorescence probes for protease and glycosidase based on precisely controlled spirocyclization. J. Am. Chem. Soc. 135, 409-414 (2013).


Kobayashi T, Komatsu T, Kamiya M, Campos C, González-Gaitán M, Terai T, Hanaoka K, Nagano T, Urano Y*: Highly activatable and environment-insensitive optical highlighters for selective spatiotemporal imaging of target proteins. J. Am. Chem. Soc. 134, 11153-11160 (2012).


Campos C, Kamiya M, Banala S, Johnsson K*, González-Gaitán M*: Labelling cell structures and tracking cell lineage in zebrafish using SNAP-tag. Dev. Dyn. 240, 820-7 (2011).


Urano Y*, Sakabe M, Kosaka N, Ogawa M, Mitsunaga M, Asanuma D, Kamiya M, Young M R, Nagano T, Choyke P L, Kobayashi H*: Rapid cancer detection by topically spraying a γ-glutamyltranspeptidase-activated fluorescent probe. Sci. Transl. Med. 3, 110ra119 (2011).


Kamiya M, Asanuma D, Kuranaga E, Takeishi A, Sakabe M, Miura M, Nagano T*, Urano Y*: β-Galactosidase fluorescence probe with improved cellular accumulation based on a spirocyclized rhodol scaffold. J. Am. Chem. Soc. 133, 12960-12963 (2011).  


Kamiya M, Johnsson K*: Localizable and highly sensitive calcium indicator based on a BODIPY fluorophore. Anal. Chem. 82, 6472-6479 (2010).


Yogo T, Urano Y, Kamiya M, Sano K, Nagano T*: Development of enzyme-activated photosensitizer based on intramolecular electron transfer. Bioorg. Med. Chem. Lett. 20, 4320-4323 (2010).


Urano Y*, Asanuma D, Hama Y, Koyama Y, Barrett T, Kamiya M, Nagano T, Watanabe T, Hasegawa A, Choyke P L, Kobayashi H*: Selective molecular imaging of viable cancer cells with pH-activatable fluorescence probes. Nat. Med. 15, 104-109 (2009).


Kamiya M, Kobayashi H, Hama Y, Koyama Y, Bernardo M, Nagano T, Choyke P L, Urano Y*: An enzymatically activated fluorescence probe for targeted tumor imaging. J. Am. Chem. Soc. 129, 3918-3929 (2007).


Kobayashi T, Urano Y, Kamiya M, Ueno T, Kojima H, Nagano T*: Highly activatable and rapidly releasable caged fluorescein derivatives. J. Am. Chem. Soc. 129, 6696-6697(2007).


Hama Y, Urano Y, Koyama Y, Kamiya M, Bernardo M, Paik R S, Shin I S, Paik C H, Choyke P L, Kobayashi H*: A target cell-specific activatable fluorescence probe for in vivo molecular imaging of cancer based on a self-quenched avidin-rhodamine conjugate. Cancer Res. 67, 2791-2799 (2007).


Komatsu T, Kikuchi K, Takakusa H, Hanaoka K, Ueno T, Kamiya M, Urano Y, Nagano T*: Design and synthesis of an enzyme activity-based labeling molecule with fluorescence spectral change. J. Am. Chem. Soc. 128, 15946-15947 (2006). 


Hama Y, Urano Y, Koyama Y, Kamiya M, Bernardo M, Paik R S, Krishna M C, Choyke P L, Kobayashi H*: In vivo spectral fluorescence imaging of submillimeter peritoneal cancer implants using a lectin-targeted optical agent. Neoplasia 8, 607-612 (2006).


Kamiya M, Urano Y, Ebata N, Yamamoto M, Kosuge J, Nagano T*: Extension of the applicable range of fluorescein: a fluorescein-based probe for Western blot analysis. Angew. Chem. Int. Ed. 44, 5439-5441 (2005).


Urano Y, Kamiya M, Kanda K, Ueno T, Hirose K, Nagano T*: Evolution of fluorescein as a platform for finely tunable fluorescence probes. J. Am. Chem. Soc. 127, 4888-4894 (2005).

日本語の解説記事等

 

現代化学2024年5月号(2024.4.15)

  多喜正泰,神谷真子、ケミカルバイオロジーの冒険<超解像用蛍光プローブ>

  ・藤岡礼任,神谷真子、総説2<生体イメージングに資するActivatable型ラマンプローブの分子設計法>

MEDCHEM NEWS, 34巻 (2024) 1号 (2024/2/1ESSAY特集:創薬を支える計測・検出技術の最前線

  ・藤岡礼任,神谷真子、凝集体形成を活用した新規activatable型ラマンプローブによるバイオイメージング

日本薬理学雑誌, 159巻(2024)1号 (2024/1/1)特集 蛍光バイオセンサー研究の最前線:分子設計,生体機能の解明から創薬への展望

  ・河谷稔,神谷真子, 浦野泰照、高い細胞内滞留性を有する光機能性プローブ群の開発

分析化学, 72巻 (2023) 12号 (2023/12/5)総合論文

  ・藤岡礼任,神谷真子、Activatable型ラマンプローブを用いる酵素活性イメージング

実験医学9月号(羊土社)(2023/8/18)「いま知りたい!!」進化を続ける生体のラマンイメージング

  ・神谷真子、概論―ラマンイメージングの現状と展望

  ・小関泰之・神谷真子、高速誘導ラマン散乱顕微鏡とactivatableラマンプローブによる多重酵素活性イメージング

雑誌『科学』7月号(岩波書店(2023/6/28)「研究者,生活を語る」

  ・神谷真子、 助けられて,助けられて,とにかく続ける

神谷が研究代表を務めている創発的研究支援事業の研究プロジェクトに関する紹介記事(生命理工HP(2023/6/6)

Chem-Station スポットライトリサーチ (2023/5/23)

  ・藤岡助教のインタビュー記事 酵素発現領域を染め分ける高感度ラマンプローブの開発

月刊「細胞」2022年12月号(ニューサイエンス社) (2022/11/22)

  ・神谷真子、光学と化学によるラマンイメージングの新機軸(総論)

  ・藤岡 礼任・神谷 真子、ラマンプローブによる酵素活性の多重検出

受賞

 

Staff

・2023.12.6 神谷真子教授、島津奨励賞

・2023.6.27 藤岡礼任助教、Biomedical Raman Imaging 2023・ポスター賞

Lab member

2023.12.1 村尾 侑大(M1)、 修士論文研究計画論第二・中間発表会、優秀ポスター賞

2023.3.7 村尾 侑大(B3)、令和4年度高宮賞

報道、プレスリリース等

 

 ・Science Advancesに掲載され光スイッチングラマンプローブの論文 (DOI: 10.1126/sciadv.ade9118) に関するプレスリリース

 ※2023.6.23.の化学工業日報(朝刊)本研究の紹介記事が掲載

 ・J. Am. Chem. Soc. に掲載され凝集誘導型のラマンプローブの論文(doi: 10.1021/jacs.2c12381) に関するプレスリリース

Copyright © 2022 神谷研究室