酵素を見る理由

なぜ酵素を見るのか?

私たちの体を構成している「細胞」が正常に働くことで、私たちは元気に生きられます。

細胞を上手く動かす道具が「タンパク質」です。タンパク質は色々な種類があり、その1つが「酵素」です。酵素も色々な 種類があり、ハサミの役割をする酵素や、ノリの役割をする酵素などがあります。

たとえばハサミの役割をする酵素が、通常よりも沢山のものを切ってしまったり、逆に切らなくなってしまったりすると、細胞が上手く働かなくなります。この酵素の性能の変化が、病気の原因や、病気の悪化につながるケースが多く知られています。

私たちは、たとえばハサミの役割をする一つ一つの酵素が「どれくらい切る力があるか?」を見ることができます。細胞の働きに直結した「酵素の性能」を見ることで、病気を正確に検出できるのです。

「細胞」が正常に働く
「細胞」が正常に働く場合
「細胞」が正常に働かない
「細胞」が正常に働かない場合

遺伝子・RNA・タンパク質の検査と、何が違うの?

遺伝子は、酵素を含むタンパク質をつくるための設計図です。遺伝子の情報が読み取られてRNAという設計図に置き換えられ、その設計図をもとにタンパク質が作られます。そして、タンパク質が機能することによって細胞が働きます。

したがって、遺伝子、RNA、タンパク質の量は、細胞の働きや病気の状態にとって 「遠い情報」とも言えます。

一方、酵素を含むタンパク質が、たとえば "どれくらい切る力があるか" といった「性能」は、細胞の働きに「直結した情報」です。

私たちは酵素の量だけでなく、一つ一つの酵素の「性能」も見ることで、病気の状態を正確にとらえることができると考えています。

遺伝子・RNA・タンパク質

技術の詳細

東京大学発の「酵素活性の蛍光検出」技術と、理化学研究所発の「1分子計測」技術を組み合わせた、
独自の「1分子計測リキッドバイオプシー」で、血液中の様々な酵素の活性を1分子のレベルで高精度に評価します。

1分子計測リキッドバイオプシー

STEP1 )

直径3μmのウェルを多数有するマイクロデバイスに、希釈血液と、複数色の蛍光性酵素基質を加えます。確率論的に、1個または0個の酵素が1ウェルの中に入ります。 酵素が蛍光性酵素基質を代謝することで蛍光物質がウェルに生じ、蛍光顕微鏡観察により酵素の活性に応じた強度の蛍光シグナルが得られます。

マイクロデバイスに、希釈血液と、複数色の蛍光性酵素基質
強度の蛍光シグナル

STEP2 )

光るウェルの数(酵素数)・各色の蛍光強度(酵素活性)の情報を持つ酵素活性プロファイルの相違に基づき、癌などの疾患を診断します。

酵素活性プロファイル

蛍光性酵素基質(蛍光プローブ)

「ある酵素(群)によって代謝されると光る」性質をもつ蛍光性酵素基質を、独自に設計・開発しています。

これまでに 100種以上の蛍光性酵素基質を開発しており、ALP (Alkaline phosphatases)・ENPP (Ectonucleotide pyrophosphatases/phosphodiesterases)・MMP (Matrix metalloproteinases)・DPP (Dipeptidyl peptidases)・Aminopeptidasesなど、様々な酵素の活性を網羅的に検出できています。

各色の蛍光性酵素基質に対する酵素の反応性の違いにより、酵素のサブタイプを見分けることも可能です。

蛍光性酵素基質(蛍光プローブ)

3つのメリット

高い予測精度

既存の診断・検査では、DNA、mRNA、酵素を含むタンパク質そのものを検出する技術が多く利用されていますが、これらの量の変化では疾患状態の変化を捉えられないことがあります。

私たちの技術は、細胞機能に直結し、より正確に疾患状態を反映すると考えられる「酵素の活性」(タンパク質の機能)を指標としています。

1分子ごとの酵素について活性の強さを捉えることで、予測精度の高い診断・検査が可能です。

遺伝子・RNA・タンパク質

高い検出感度

たとえば従来法であるELISA法では1000万個の酵素があって初めて検出可能となります。

私たちの技術ではマイクロデバイスを用いることで、酵素を1分子ずつ分けて検出でき、より早期の診断への応用が可能です。

高い検出感度

血液1滴以下で検出可能

1μLのほんのわずかな血液があれば十分に診断できるため、極少量の検体で評価が可能です。

高い検出感度

研究実績

"Multiplexed single-molecule enzyme activity analysis for counting disease-related proteins in biological samples" Shingo Sakamoto, Toru Komatsu, Rikiya Watanabe, Yi Zhang, Taiki Inoue, Mitsuyasu Kawaguchi, Hidehiko Nakagawa, Takaaki Ueno, Takuji Okusaka, Kazufumi Honda, Hiroyuki Noji, and Yasuteru Urano, Science Advances, 2020, 6, eaay0888

 

当社CTO坂本の大学院在籍時の成果。蛍光性酵素基質とマイクロデバイスを用いた1分子計測リキッドバイオプシー技術により、血液中の様々なリン酸エステル加水分解酵素の活性を単一分子レベルで且つサブタイプごとに検出できることを示した。さらに、すい臓癌患者の血液中では健常者と比較してENPP3の活性クラスターのサイズが有意に上昇していることを見出し、疾患診断への有用性を示した。