生きた動物脳内で蛍光センサーを組み立てる~遺伝子操作不要。脳内有機合成化学の新戦略~

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2025-06-03 京都大学

京都大学工学研究科の濵地格教授らの研究グループは、生きた動物の脳内で特定の受容体上に蛍光センサー分子を直接合成する新手法を開発しました。この方法は、遺伝子操作を必要とせず、「脳内リガンド指向性化学」と「クリック化学」を組み合わせることで、多様な分子種の修飾を可能にしました。これにより、シナプス形成や可塑性に関与する分泌性プロテアーゼの活性をリアルタイムで可視化でき、脳機能の理解や神経疾患の解明に貢献することが期待されます。研究成果は、2025年6月2日に『Nature Synthesis』に掲載されました。

生きた動物脳内で蛍光センサーを組み立てる~遺伝子操作不要。脳内有機合成化学の新戦略~
生きている動物の脳内の特定受容体上で蛍光センサー分子を構築

<関連情報>

リガンド指向性化学とクリック化学による受容体を基体としたプロテアーゼセンサーの脳内合成 In-brain synthesis of receptor-based protease sensors by coupling ligand-directed chemistry and click chemistry

Seiji Sakamoto,Kazuki Shiraiwa,Mengchu Wang,Mamoru Ishikawa,Hiroshi Nonaka & Itaru Hamachi
Nature Synthesis  Published:02 June 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s44160-025-00815-6

Abstract

The chemical modification of natural proteins in living systems is highly desirable as cutting-edge research at the chemistry–biology interface. Recent advances in bio-orthogonal protein modification have enabled the production of chemically functionalized proteins in cultured cell systems. However, a limited number of methods are applicable in vivo because of the complexity of the three-dimensional constructs of living systems with diverse, heterogeneous cell populations and flow systems filled with tissue fluids. Here we report a genetic-engineering-free method to modify receptor proteins with various probes in the living mouse brain by combining in-brain ligand-directed chemistry with bio-orthogonal click chemistry, and propose a chemical guideline for the reaction design. The rapid and selective tethering of a set of fluorescent peptides to AMPA-type glutamate receptors allowed the synthesis of receptor-based fluorescent sensors. These probes enabled mapping of the activity of matrix metalloproteinase-9 proximal to AMPA-type glutamate receptors in the living brain to be realized with high spatial resolution.

生物化学工学
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