Research Abstract
近赤外領域の生物発光を産生するルシフェリン類縁体は高感度の組織深部イメージングを可能にする
A luciferin analogue generating near-infrared bioluminescence achieves highly sensitive deep-tissue imaging
2016年6月14日 Nature Communications 7 : 11856 doi: 10.1038/ncomms11856
前臨床的がん研究では、ホタルのルシフェラーゼとD-ルシフェリンを使う生物発光イメージングはin vitroとin vivoの両方で、生物学的過程を観察する標準的な手法となっている。だが、D-ルシフェリンによって産生される生物発光の最大波長（λmax）は562 nmで、この波長の光は生物組織の透過性が高くない。このため、近赤外領域の生物発光イメージング系を開発し、体内深部の組織中の標的の検出感度を改良することの必要性が高まっている。今回我々は、新規に合成されたルシフェリン類似体、AkaLumine-HClの生物発光の詳しい性質を調べた。AkaLumine-HClと天然のホタルルシフェラーゼとの反応で産生される生物発光は近赤外光で（λmax＝677 nm）、深部の組織中の標的に対する検出感度を大幅に上昇でき、D-ルシフェリンや最近開発された合成ルシフェリンのCyLuc1と比べると非常に低い濃度で最大シグナルが得られることが分かった。これらのAkaLumine-HClの特性は、天然のホタルルシフェラーゼを用いた様々な動物モデルにおいて、より高感度で正確な非侵襲的発光イメージングを可能にする。
Corresponding Authors
In preclinical cancer research, bioluminescence imaging with firefly luciferase and D-luciferin has become a standard to monitor biological processes both in vitro and in vivo. However, the emission maximum (λmax) of bioluminescence produced by D-luciferin is 562 nm where light is not highly penetrable in biological tissues. This emphasizes a need for developing a red-shifted bioluminescence imaging system to improve detection sensitivity of targets in deep tissue. Here we characterize the bioluminescent properties of the newly synthesized luciferin analogue, AkaLumine-HCl. The bioluminescence produced by AkaLumine-HCl in reactions with native firefly luciferase is in the near-infrared wavelength ranges (λmax=677 nm), and yields significantly increased target-detection sensitivity from deep tissues with maximal signals attained at very low concentrations, as compared with D-luciferin and emerging synthetic luciferin CycLuc1. These characteristics offer a more sensitive and accurate method for non-invasive bioluminescence imaging with native firefly luciferase in various animal models.
