生体直交性プローブと改変酵素による高精度ながん蛍光可視化の実現 ――背景ノイズを低減し、高いコントラストでのがん部位特異的検出に成功――

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2026-02-27 東京大学

東京大学大学院医学系研究科・薬学系研究科の研究グループは、生体内酵素と交差しない生体直交性蛍光プローブと改変レポーター酵素のペアを開発し、低背景ノイズでの高精度ながん可視化に成功した。β-D-フコース結合型HMRefプローブは哺乳類酵素で活性化されにくく、メタゲノム由来酵素Td2F2が特異的に反応。さらに指向性進化で酵素活性を約7.3倍向上させ、HER2標的抗体と組み合わせることで、マウス腹膜播種がんを従来法同等の明るさかつ高コントラストで描出した。蛍光ガイド手術やプロドラッグ治療への応用が期待される。成果はJournal of the American Chemical Societyに掲載された。

生体直交性プローブと改変酵素による高精度ながん蛍光可視化の実現 ――背景ノイズを低減し、高いコントラストでのがん部位特異的検出に成功――
開発したがんイメージング系の概要。メタゲノム由来糖加水分解酵素 Td2F2 を、指向性進化によって改変した新たなレポーター酵素をがんに集積させ、β-D-フコースを有する生体直交性のプローブを投与することで、がん細胞を鮮明に可視化できる。

<関連情報>

バイオ直交蛍光プローブと標的部位を有する改変レポーター酵素を用いた低バックグラウンド癌イメージング Low-Background Cancer Imaging with a Bioorthogonal Fluorescence Probe and Engineered Reporter Enzyme Bearing a Targeting Moiety

Ziyi Wang,Ryosuke Kojima,Rikuki Kiji,Kyohhei Fujita,Ryo Tachibana,Reiko Tsuchiya,Taku Uchiyama,Yoshihiro Minagawa,Tadahaya Mizuno,Kiyohiko Igarashi,Hiroyuki Noji,Mako Kamiya,and Yasuteru Urano
Journal of the American Chemical Society  Published: February 27, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c14173

Abstract

Combinatorial use of an antibody–reporter enzyme conjugate and a fluorescence probe activated by the enzyme is a powerful strategy for fluorescence-guided cancer surgery. However, conventional probes for typical reporter enzymes lack sufficient bioorthogonality, leading to high background signals in nontarget tissues. We screened a library of HMRef (rhodol derivative)-based fluorescence probes with various sugar moieties and found that HMRef-β-d-Fucose is bioorthogonal in mammalian systems but is activated by a metagenomic glycosidase, Td2F2. Directed evolution generated a mutant with a kcat/Km of 3.3 × 105/M/sec, 7.3 times higher than wild-type Td2F2 and comparable to β-galactosidase (LacZ) with its corresponding probe. Theoretical calculation suggested the E296G mutation facilitates probe access to the enzyme’s active site. In a proof-of-concept study, SKOV-3 cells, which endogenously express HER2, were visualized with minimal background in the mesentery of a mouse model using HMRef-β-d-Fucose and engineered Td2F2 conjugated or fused to a HER2-binding antibody or nanobody.

医療・健康
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