カテコールアミン代謝を時間分解で監視するナノポア・プラットフォームを開発(Researchers Develop Nanopore Platform for Time-Resolved Monitoring of Catecholamine Metabolism)

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2026-09-21 中国科学院(CAS)

中国科学院化学研究所と西華大学の研究チームは、ナノポアを利用してカテコールアミン生合成経路の代謝物をリアルタイム・単分子レベルで追跡する分析基盤を開発した。MspAナノポアに2種類の相互補完的な分子認識機構を組み込み、フェニルアラニンからアドレナリンまでの6種類の主要代謝物を識別し、酵素反応に伴う濃度変化を時間分解して測定できるようにした。解析から、チロシン水酸化酵素(TH)によるチロシンからL-DOPAへの変換が律速段階であることや、THとAADCの間で基質チャネリングが生じることを明らかにした。また、モノヨードチロシンの蓄積がTH活性を阻害し、下流のカテコールアミン生成を低下させることも確認された。従来のナノポア技術が主に単一物質の検出を対象としていたのに対し、本研究は代謝経路全体を動的に解析するセンシング技術へと応用範囲を拡張した点に特徴がある。

<関連情報>

ナノポアを用いたカテコールアミン関連フェニルアラニン代謝の時間分解モニタリング Nanopore-enabled time-resolved monitoring of catecholamine-related phenylalanine metabolism

Mingqian Zhang, Ziyi Li, Wenying Hao, Yakun Yi, Ke Zhou, Lei Liu & Hai-Chen Wu
Nature Nanotechnology  Published:01 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41565-026-02273-3

カテコールアミン代謝を時間分解で監視するナノポア・プラットフォームを開発(Researchers Develop Nanopore Platform for Time-Resolved Monitoring of Catecholamine Metabolism)

Abstract

Catecholamines, including dopamine, noradrenaline (also known as norepinephrine) and adrenaline (also known as epinephrine), are essential regulators of neural and endocrine function. Although they are synthesized through a branched phenylalanine metabolic pathway, direct and dynamic monitoring of the enzymatic processes governing their production has remained challenging. Here we reconstitute the complete catecholamine biosynthetic pathway from phenylalanine to adrenaline in vitro using purified enzymes and cofactors, and couple this system with nanopore-based single-molecule sensing. By integrating two orthogonal molecular recognition modalities within a single nanopore platform, we achieve highly specific detection of all metabolic intermediates and end products throughout the pathway. Real-time monitoring enables direct observation of pathway progression and regulatory perturbations at single-molecule resolution. Using this approach, we show that 6-methylisothiocyanate disrupts catecholamine biosynthesis, providing mechanistic insight into how iodotyrosine dehalogenase 1 (DEHAL1) deficiency may compromise catecholamine production. Together, this integrated enzymology and label-free nanopore sensing platform enables time-resolved dissection of neurotransmitter metabolism and regulation, and offers a general framework for studying complex biochemical pathways with single-molecule resolution.

生物化学工学
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