人工生物発光酵素(ALuc®)に選択的に発光する基質を開発

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-信号コンタミのない高速バイオアッセイによる革新的な医療・環境診断へ期待-
  • 人工生物発光酵素(ALuc®)とウミシイタケ発光酵素(RLuc)に選択的な発光基質の開発
  • 発光スペクトル間のコンタミ問題を解消
  • 複数種の発光酵素共存下でのバイオアッセイを可能に
概要

 国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)環境管理研究部門【研究部門長 田中 幹也】金 誠培 主任研究員と慶應義塾大学【学長 長谷山 彰】(以下「慶大」という)理工学部【学部長 伊藤 公平】応用化学科 鈴木 考治 名誉教授、ダニエル チッテリオ 教授、西原 諒(博士後期課程)は、生物発光酵素に極めて選択的に明るく発光する一連の基質類の新規合成に成功した。

従来、生物発光酵素は、おおむね同じ発光基質を共有することが常識であった。例えば、ホタルを含む昆虫由来の生物発光酵素類は一般的にD-ルシフェリンを共通の基質とする。しかしこのような発光特性は、バイオアッセイで2つ以上の生物発光酵素を用いることを難しくする。例えば、2つ以上の生物発光酵素が共通の基質を光らせた場合、互いの発光スペクトルが重なるため、発光信号のコンタミが起こる。従来の光学フィルターでは、完全な発光信号の分離は困難であり、分離できたとしても発光輝度を弱める問題点があった。もしバイオアッセイで多数の発光酵素を同時に用いることができれば、高いサンプル処理能など、バイオアッセイの効率を大きく高めることができる。

共同研究チームは、これまでの常識を覆す新たな挑戦として、発光酵素に対してそれぞれ選択的に発光する発光基質類の分子設計と開発に成功した。その結果、バイオアッセイにおいて汎用(はんよう)的に用いられているウミシイタケ由来の発光酵素(Renilla luciferase; RLuc)類や発光プランクトン由来の人工生物発光酵素artificial luciferase; ALuc®)類に選択的に発光する基質類の合成と生細胞実証に成功した。この研究成果は、Scientific Reports誌(Nature Publishing Group) に2017年4月19日版でオンライン掲載された。

生きた動物細胞(アフリカミドリサルの腎臓由来)を用いた生物発光イメージング実験の図
生きた動物細胞(アフリカミドリサルの腎臓由来)を用いた生物発光イメージング実験。多様な発光酵素を発現する形質変換細胞をマイクロスライドに培養した。本研究で開発した発光基質をマイクロスライド全部に振りかけても、特定発光酵素しか光らないことが分かる。比較に用いた発光酵素名:GLuc、ガウシア生物発光酵素;RLuc8.6-535、ウミシイタケ生物発光酵素;ALuc16、人工生物発光酵素;CLuc、ウミボタル生物発光酵素;FLuc、ホタル生物発光酵素;CBg、緑色コメツキムシ生物発光酵素。Group 1およびGroup 3とは、図2(A)の分類表のグループを指す。

http://www.aist.go.jp/aist_j/new_research/2017/nr20171211/nr20171211.html

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