東北大学大学院理学研究科化学専攻 分析化学研究室...bacterial a-site (fig. 1a)....

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東北大学大学院理学研究科化学専攻 分析化学研究室 1918年(大正7年)創立: 最も伝統ある分析化学研究室 2020年 理学部オープンキャンパス

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Page 1: 東北大学大学院理学研究科化学専攻 分析化学研究室...bacterial A-site (Fig. 1A). 3 This causes mistranslation or premature termination of protein synthesis, 4 which

東北大学大学院理学研究科化学専攻分析化学研究室

1918年(大正7年)創立: 最も伝統ある分析化学研究室

2020年 理学部オープンキャンパス

Page 2: 東北大学大学院理学研究科化学専攻 分析化学研究室...bacterial A-site (Fig. 1A). 3 This causes mistranslation or premature termination of protein synthesis, 4 which

「化学入門コース」より、梅澤喜夫・大野公一・竹内敬人 編、岩波書店

発展・応用領域、学際領域

他分野へ影響を与えうる潜在的な力(分析法の開発が世の中を変えることも !?)

分析化学とは?

あらゆる学問領域の基礎分野

♦ NMR♦  質量分析法・・・田中博士♦  PCR法♦  クラウンエーテル♦  緑色蛍光タンパク・・下村博士♦  ......

分離・精製・検出法の開発

全てノーベル賞 !!

新規な分析装置 or 分子プローブを 研究・開発する学問!

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両親媒性α-ヘリックスペプチド� 蛍光インジケーター�

三重鎖形成ペプチド核酸プローブ�

This journal is©The Royal Society of Chemistry 2019 Chem. Commun., 2019, 55, 3183--3186 | 3183

Cite this:Chem. Commun., 2019,55, 3183

Trimethine cyanine dyes as deep-red fluorescentindicators with high selectivity to the internalloop of the bacterial A-site RNA†

Yusuke Sato, Sayaka Yajima, Akifumi Taguchi, Kyosuke Baba, Mayu Nakagomi,Yuri Aiba and Seiichi Nishizawa *

We report that TO-PRO-3, a thiazole orange analogue with a trimethine

bridge, functions as a deep-red fluorescent indicator for the internal

loop structure of the bacterial (Escherichia coli) ribosomal decoding

region of the aminoacyl-tRNA site (A-site), which enables the assess-

ment of A-site binding capability of various test compounds including

blue and even-green-emitting compounds.

With increasing knowledge about the diverse roles of RNAs withinthe cells, targeting RNA structures with small ligands has receivedconsiderable attention in drug discovery.1 Aminoacyl-tRNA site(A-site) of the 16S RNA decoding region in the bacterial ribosomerepresents one of the most validated RNA targets.1,2 Aminoglycosidesare well-characterized ligands that can strongly and selectively bindto the asymmetric internal loop formed by three adenines in thebacterial A-site (Fig. 1A).3 This causes mistranslation or prematuretermination of protein synthesis,4 which ultimately results in thebacterial cell death.5 Although aminoglycosides are widely used asantibiotics in the treatment of the bacterial infections, they possessseveral undesirable properties for clinical use, such as the emergenceof resistant bacterial strains and off-target effects.6 In orderto circumvent these concerns with aminoglycosides, it is ofgreat importance to develop new A-site-binding ligands whosestructures are distinct from the aminoglycosides.7,8

In this context, the fluorescence indicator displacement(FID) assay has been useful for the screening of RNA-bindingligands because neither covalent labeling nor immobilizationof RNAs and test compounds on the solid support is needed.9,10

This is based on the model in which a fluorescent indicatorbound to target RNA is displaced by a test compound in acompetitive manner (Fig. 1B). The binding of test compoundscan be evaluated by monitoring the fluorescence change of theindicator in the displacement event.

Aminoglycosides tagged with a fluorophore (pyrene orfluorescein)9a,b and TO-PRO-1 (Fig. 1)9c were employed as theindicators in the FID assay targeting the bacterial A-site RNA.However, the emission wavelengths of these indicators are inthe blue or green region (pyrene-tagged aminoglycoside: lem =380 nm,9a fluorescein-tagged aminoglycoside: lem = 517 nm,9b

and TO-PRO-1: lem = 533 nm9c), which would suffer from the‘‘compound optical interference’’ for high-throughput screening(HTS) using chemical libraries.11 Chemical libraries often containinnate fluorescent compounds in these spectral regions,12 by whichthese compounds cannot be correctly evaluated in the FID assaysdue to the emission overlap between the compounds and theindicators. In fact, the assays using the previous indicators

Fig. 1 (A) Sequence of the bacterial (Escherichia coli) A-site-containingRNA model used in this study. The sequence inside the box corresponds tothe decoding region of E. coli 16S A-site. The sequence numbers of theE. coli 16S RNA are indicated in parentheses. Chemical structures ofTO-PRO-3, TO and TO-PRO-1 are also shown. (B) Schematic illustrationof a FID assay using TO-PRO-3 as a deep-red indicator for A-site RNA.

Department of Chemistry, Graduate School of Science, Tohoku University,Sendai 980-8578, Japan. E-mail: [email protected]; Fax: +81-22-795-6552;Tel: +81-22-795-6549† Electronic supplementary information (ESI) available: Experimental details,fluorescence response of a series of cyanines, examination of the apparent charge,FID results. See DOI: 10.1039/c9cc00414a

Received 17th January 2019,Accepted 29th January 2019

DOI: 10.1039/c9cc00414a

rsc.li/chemcomm

ChemComm

COMMUNICATION

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RNA選択的蛍光色素�

FULL PAPER

& Probes

Y. Sato, M. Rokugawa, S. Ito, S. Yajima,H. Sugawara, N. Teramae, S. Nishizawa*

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Fluorescent TrimethylatedNaphthyridine Derivative with anAminoalkyl Side Chain as the TightestNon-aminoglycoside Ligand for theBacterial A-site RNA

Tight binding to bacterial A-site : 2-Amino-5,6,7-trimethyl-1,8-naphthyridine(ATMND) possessing an aminoethyl sidechain was developed as the strong andselective binder to the internal loop ofthe bacterial A-site. This ligand showsthe tightest binding reported to dateamong non-aminoglycoside ligands.Also, this ligand was demonstrated tobe applicable to the fluorescence indi-cator displacement assay for assessingligand/A-site interactions.

Chem. Eur. J. 2018, 24, 1 – 10 www.chemeurj.org ! 2018 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim10&&

!! These are not the final page numbers!

Full Paper

ペプチドプローブ・膜タンパク結合アプタマー�

  私たちの研究室では、RNAや細胞外小胞の機能を解明するための分子プローブを創製し、これらに基づく検出・疾患診断・機能解析法や創薬の支援ツールを提案・開発することで、

生命科学の発展に貢献することを目指しています!

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研究成果紹介

 シアニン色素の構造を最適化することで、細胞中のRNA(核小体)を選択的に染色できる蛍光色素BIQを開発しました。BIQは、「生きた細胞に適用でき」、かつ「明瞭な発蛍光応答を示す」世界トップレベルの深赤色蛍光RNAイメージング色素です。  近年、核小体は、ウイルス感染やオートファジー、細胞老化との関連が注目されており、BIQは核小体の機能研究に役立つことが期待できます。さらに、現在、BIQを応用することで、ウイルスRNA検出法や抗ウイルス薬のスクリーニング法の開発を進めています。

BIQ

生細胞RNAイメージングのための蛍光色素

Hot topic!

(図の解説)BIQによる生細胞(ヒト乳がん細胞)の蛍光イメージング: 核(青色)の中で、赤く染まっている部分が核小体

この研究成果は、アメリカ化学会誌( A n a l . Chem.)のSupplementary Cover Art にハイライトされました! Anal. Chem., 91, 14254-14260 (2019)

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研究室ライフ

4月 お花見@榴ヶ岡公園

5月 野球観戦@楽天

Enjoy Your Life!

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研究室ライフEnjoy Your Life!

5月 学会発表

7月 若手交流会

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研究室ライフEnjoy Your Life!7月 研究室旅行

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研究室ライフEnjoy Your Life!

10月 芋煮会(牛越橋)

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研究室ライフEnjoy Your Life!

12月 大掃除&忘年会

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研究室ライフ

2月 バレンタイン

Enjoy Your Life!

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研究室ライフEnjoy Your Life!

3月 学会発表    卒業式

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 詳しくは、研究室HPをご覧ください! 

http://www.anal.chem.tohoku.ac.jp/index.html

東北大学大学院理学研究科化学専攻分析化学研究室