[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
The following two tabs change content below.
bona
愛知で化学を教えています。よろしくお願いします。
bona

最新記事 by bona (全て見る)

関連記事

  1. 2007年ノーベル化学賞『固体表面上の化学反応の研究』
  2. 有機合成化学協会誌2018年10月号:生物発光・メタル化アミノ酸…
  3. ゴキブリをバイオ燃料電池、そしてセンサーに
  4. 2012年ノーベル化学賞は誰の手に?
  5. フリーラジカルの祖は一体誰か?
  6. 【速報】2010年ノーベル物理学賞に英の大学教授2人
  7. カーボン系固体酸触媒
  8. ライトケミカル工業株式会社ってどんな会社?

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. ペプチドのらせんフォールディングを経る多孔性配位高分子の創製
  2. Louis A. Carpino ルイス・カルピノ
  3. ねじれがあるアミド
  4. ルボトム酸化 Rubottom Oxidation
  5. 野副鉄男 Tetsuo Nozoe
  6. BASFとはどんな会社?-1
  7. 1回飲むだけのインフル新薬、5月発売へ 塩野義製薬
  8. 第五回 超分子デバイスの開発 – J. Fraser Stoddart教授
  9. ペイン転位 Payne Rearrangement
  10. 日本プロセス化学会2019 ウインターシンポジウム

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

「あの人は仕事ができる」と評判の人がしている3つのこと

仕事を辞めて、転職をしたいと思う動機の一つとして、「今の会社で評価されていない」という理由がある。し…

光で2-AGの量を制御する

ケージド化合物を用いた2-AG量の操作法が初めて開発された。2-AG量を時空間的に操作することができ…

葉緑素だけが集積したナノシート

第235回のスポットライトリサーチは、立命館大学 民秋研究室で博士研究員をされていた、庄司 淳(しょ…

第38回「分子組織化の多様な側面を理解する」Neil Champness教授

長らく更新が止まっていましたが、海外化学者インタビュー再開しました。Nature Chemistry…

排ガス原料のSAFでデリバリーフライトを実施

ANAは日本時間の10月30日、排ガスを原料とするSustainable Aviation Fuel…

“つける“と“はがす“の新技術―分子接合と表面制御

お申込み・詳細はこちら日程2020年1月9日(木)・10日(金)定員20名  先着順…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP