ホウ素から糖に手渡される宅配便

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化学者のつぶやき

ホウ素から糖に手渡される宅配便

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非天然の人工に設計した化合物で、一見すると単純な構造をしていますが、興味深い用途が提案されています。このホウ素化合物をあなたならば何に使おうと考えますか？

１つめのヒントです。最も期待される応用先は医薬品ですが、これ単品では毒にも薬にもならず、とくに生理活性はありません。何かを助ける物質です。

２つめのヒントです。構造式を見てまず目につくのはホウ素原子でしょう。この分子のようなボロン酸のなかまは、複数のヒドロキシ基を隣接して持つ化合物と結合しやすく、とくに糖はボロン酸の重要な標的となります。単糖にはいくつか種類があるものの、立体障害がなければ、ボロン酸は、糖のヒドロキシ基とホウ酸エステル結合を交わそうとする傾向があります。

ボロン酸の性質

３つめのヒントです。アミノ基を導入してある理由は便宜上のものであり、例えばクリックケミストリーでおなじみのアジド基など、別の官能基でも構いません。今回は、カルボジイミドを脱水縮合剤として、この分子でカルボキシル基を修飾するためにアミノ基を導入してあります。

代表的なカルボジイミドのひとつ

EDC; 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride

このホウ素化合物には、薬物送達(drug delivery)の用途が提案されています[1]。

膜タンパク質など細胞表面にある物質を標的にするならばともかく、細胞内部にある物質を標的とした場合、薬剤が細胞膜を通過できなければ、ほとんど効果を発揮することはできません。細胞膜さえ突破できればたくさんの可能性が拓けるにもかかわらず、応用され社会に貢献しないままの物質は数多くあります。とくに、核酸製剤やタンパク質製剤などの高分子は、多様な生理作用を持つにも関わらず、薬物送達が鬼門中の鬼門になって実用をはばんでいます。

薬物送達システムには他の様式もたくさん開発が進められていますが、新参のホウ素化合物[1]の秘訣は細胞の表層にうじゃうじゃと分布する糖鎖にあります。

まず準備として、今回のホウ素化合物を、生理活性ペプチドなど細胞内部に運び入れたい分子（図中”Protein”）につなげます。アミノ基を入れてあるのはそのためで、生理活性を持ったタンパク質のカルボキシル基末端や、グルタミン酸やアスパラギン酸といった酸性アミノ酸の側鎖にあるカルボキシル基に対して、脱水縮合でつなげていきます。これで用意が完了です。

細胞表層の糖鎖が狙い目！

そして、このホウ素化合物で修飾したタンパク質を、生体に投与します。すると、細胞の表面に林立した糖鎖とホウ酸エステル結合を交わし、その後、修飾されたタンパク質ごとエンドサイトーシス（食作用）で細胞内部に取り込まれます。哺乳類の培養細胞で実際に投与してみたところ、期待通り送達され、細胞の内部でタンパク質が機能し、細胞の状態が変化するさまが観察されたとのことです。

今後の展望としては、細胞のタイプで異なる糖鎖を認識して、がんなど特定の組織を狙い撃ちする薬物送達を可能にしたいとのこと。確かに、糖をキラルに認識するボロン酸が、以前から報告されています[2]。シンプルな構造だけに、これからどう改良していくか、まだまだたくさんの可能性を秘めているかもしれません。

参考論文

生体へ高分子の薬物送達を仲介するホウ素化合物　”Boronate-Mediated Biologic Delivery” Gregory A. Ellis et al. J. Am. Chem. Soc. 2012 DOI: 10.1021/ja210719s
単糖をキラルに区別する蛍光分子センサーとして機能するホウ素化合物 “Chiral discrimination of monosaccharides using a fluorescent molecular sensor” Tony D. James et al. Nature 1994 DOI: 10.1038/374345a0