[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

逆電子要請型DAでレポーター分子を導入する

[スポンサーリンク]

 

生体分子を化学修飾してレポーター分子を導入可能な反応(Bioorthogonal Reaction)は生命現象の解明の足がかりとして強力なツールとなります[1]。最もよく知られているのが、アジド化合物とアルキンとのHuisgen反応(図1左)。Huisgen反応によるレポーター分子の導入は、生体直交性が高い・副生成物が生じないといった特徴から広く用いられています。しかし、問題点がないわけではなく、反応が遅いためレポーター分子の過剰投与が必要になることが多々有ります[2]

一方、1,2,4,5-テトラジン(1,2,4,5-tetrazine)とアルケンとの逆電子要請型Diels-Alder(IED-DA)反応は、Huisgen反応に比べ約2万倍の速度で進行することが知られています(図2右)。その利点を活用して、2008 年、米国デラウェア大学のFoxら は1,2,4,5-テトラジン と歪んだアルケンであるトランスーシクロオクタエン(trans-cyclooctene:TCO)とのIED-DA反応を利用したレポーター分子の導入法を報告しました[3]。その報告以降、1,2,4,5-テトラジンと反応する様々なアルケン(ジエノフィル)との反応が考案され試されています[4]

図1 Huisgen反応とIED-DA反応によるレポーター分子の導入

図1 Huisgen反応とIED-DA反応によるレポーター分子の導入

 

しかし、1,2,4,5-テトラジンは生体内での安定性が低いことが問題点です。最近、UCアーバインのPrescherらは、1,2,4,5-テトラジンの代わりに1,2,4,トリアジン(1,2,4-triazine)を用いることで、この問題点の解決に取り組みました。

“1,2,4-Triazines Are Versatile Bioorthogonal Reagents”

Kamber, D. N.; Liang, Y.; Blizzard, R. J.; Liu, F.; Mehl, R. A.; Houk, K. N.; Prescher, J. A. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137,  8388–8391. DOI: 10.1021/jacs.5b05100

 

1,2,4-triazineを用いた逆電子要請型DA反応

1,2,4-トリアジンは、微生物から単離される天然物にも見られ、生体内での高い安定性が期待できます。すでにトリアジンを使った逆電子要請型DAはスクリプス研究所のBogerらにより昔から様々な検討がなされていますが[5]、今回種々の1,2,4-triazine誘導体を合成し、TCO誘導体とのIED-DA反応を試みました。

その結果、反応は迅速に進行しピリジン誘導体を与えることがわかりました。一方で、1,2,4,5-テトラジン骨格との反応性が高いジエノフィルであるシクロプロペンやノルボルネンとは反応しないこともわかりました(図2)。このことから、TCO と他のジエノフィルを組み込みこんだ分子に対して、1,2,4-トリアジンと1,2,4,5-テトラジンをそれぞれ独立に反応させることも可能と考えられます。また、1,2,4-トリアジン骨格は1,2,4,5-テトラジンに比べチオールや水との反応性が低いことから、生体内での高い安定性が示唆されました。さらに、1,2,4-トリアジン骨格を側鎖に組み込んだ組換えGFPを作成し、in vitroにおいてTCO誘導体とのIED-DA反応が進行することを確認しました。

2015-08-15_10-09-40

図2 1,2,-4トリアジンとジエンやシステイン、水との反応

 

1,2,4-トリアジン1,2,4,5-テトラジンの違い:量子化学計算による考察

r1,2,4-トリアジンの反応性に関し量子化学計算による議論も行っています。計算結果からは以下の結果が示され、いずれも実験事実を支持しています。

  1. LUMO+1のエネルギー値およびエチレンとの反応における活性化障壁の値から、1,2,4-トリアジンは1,2,4,5-テトラジンに比べIED-DA反応での反応性が低い。
  2. メタンチオールとの反応における活性化障壁の値から、1,2,4-トリアジン は 1,2,4,5-テトラジンよりもシステインとの反応性が低い。
  3. シクロプロペン誘導体、ノルボルネン、およびTCOとのDA反応における活性化障壁の値から、1,2,4-トリアジンは室温においてTCOとは反応するが、シクロプロペンやノルボルネンとは反応しない。

 

 

2015-08-15_10-10-29

まとめ

1,2,4-トリアジンと1,2,4,5-テトラジンという、N原子ひとつの違いしかないですが、それが絶妙な反応性の差を生み、生体直交性反応剤としての有用性の差につながっっています。今回の報告は、これまで報告されていたレポータ分子の「改良」ではあるものの、逆電子要請型DAがラベリングツールとして使える可能性を広げた論文であるといえます。生体内イメージングへの適用の可否はわかりませんが、今後に期待したいと思います。

 

関連文献

  1. Lang, K; Chin, J. W. ACS Chem. Biol. 2014, 9, 16. DOI: 10.1021/cb4009292
  2. Rosson, R; Verkerk, P. R.; Bosch, M.; Vulders, R. C. M.; Robillard, M. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 3375. DOI: 10.1002/anie.200906294
  3. Blackman, M. L.; Roysen, M.; Fox, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13518.  DOI: 10.1021/ja8053805
  4. (a) Liu, F.; Liang, Y.; Houk, K. N. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 11483. DOI: 10.1021/ja505569a;  (b) Yang, J.; Liang, Y.; Seckute, J.; Houk, K. N.; Devaraj, N. K. Chem. Eur. J. 201420, 3365. DOI: 10.1002/chem.201304225
  5. (a) Boger, D. L. Chem. Rev. 1986, 86, 781 DOI: 10.1021/cr00075a004; (b) Anderson, E. D.; Boger, D. L. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12285. DOI: 10.1021/ja204856a
bona

bona

投稿者の記事一覧

愛知で化学を教えています。よろしくお願いします。

関連記事

  1. 2020年の人気記事執筆者からのコメント全文を紹介
  2. π⊥ back bonding; 逆供与でπ結合が強くなる?!
  3. ヘリウムガスのはなし
  4. アルミに関する一騒動 ~約20年前の出来事~
  5. Dead Endを回避せよ!「全合成・極限からの一手」③(解答編…
  6. 論文コレクター必見!WindowsでPDFを全文検索する方法
  7. 向かい合わせになったフェノールが織りなす働き
  8. 文具に凝るといふことを化学者もしてみむとてするなり⑥:実験室でも…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. イボレノリドAの単離から全合成まで
  2. PACIFICHEM2010に参加してきました!①
  3. 次世代分離膜の開発、実用化動向と用途展開 完全網羅セミナー
  4. ロータリーエバポレーターの回転方向で分子の右巻き、左巻きを制御! ―生命のホモキラリティーの起源に踏み込む―
  5. 新元素、2度目の合成成功―理研が命名権獲得
  6. Modern Method of Organic Synthesis
  7. こんな装置見たことない!化学エンジニアリングの発明品
  8. TED.comで世界最高の英語プレゼンを学ぶ
  9. 構造生物学
  10. ターボグリニャール試薬

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

注目情報

注目情報

最新記事

不溶性アリールハライドの固体クロスカップリング反応

第305回のスポットライトリサーチは、北海道大学大学院工学研究院 (伊藤研究室)・瀬尾 珠恵さんにお…

化学のためのPythonによるデータ解析・機械学習入門

hodaです。今回は筆者の勉強用に読んだ機械学習関連の書籍を紹介します。概要本書は、…

アカデミックから民間企業へ転職について考えてみる 第三回

カデミックから民間企業へ転職した場合、入社後にギャップを感じる人が少なからずいます。もちろん、どんな…

第142回―「『理想の有機合成』を目指した反応開発と合成研究」山口潤一郎 教授

第142回の化学者インタビューは日本から、皆さんご存じ、山口潤一郎教授の登場です。名古屋大学理学部化…

【書籍】ゼロからの最速理解 プラスチック材料化学

今月発売された『ゼロからの最速理解 プラスチック材料化学』(佐々木 健夫 著,コロナ社)という書籍を…

重水は甘い!?

同位体はある元素、すなわち同一の原子番号をもつ原子核において、中性子数の異なる核種のことをいいますね…

人物でよみとく化学

概要化学の歴史をつくった約50人を収録。高校・大学の化学の勉強に役立つ16テーマをあつかい、…

金属ナトリウム分散体(SD Super Fine ™)

概要金属ナトリウム分散体(SD Super Fine ™)は、金属ナトリウムの微粒…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP