[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

「同時多発研究」再び!ラジカル反応を用いたタンパク質の翻訳後修飾

[スポンサーリンク]

タイトルで完全にネタバレですが、少し前にScience誌にラジカル反応を用いたタンパク質の翻訳後修飾についての論文が同時に2報発表されました。

A chemical biology route to site-specific authentic protein modifications

Yang, A.; Ha, S.; Ahn, J.; Kim, R.; Kim, S.; Lee, Y.; Kim, J.; Söll, D.; Lee, H.-Y.; Park, H.-S. Science, 2016, 354, 623. DOI: 10.1126/science.aah4428

Posttranslational mutagenesis: A chemical strategy for exploring protein side-chain diversity

Wright, T. H.; Bower, B. J.; Chalker, J. M.; Bernardes, G. J. J.; Wiewiora, R.; Ng, W.-L. L.; Raj, R.; Faulkner, S.; Vallée, M. R.; Phanumartwiwath, A.; Coleman, O. D.; Thézénas, M.-L. L.; Khan, M.; Galan, S. R. R.; Lercher, L.; Schombs, M. W.; Gerstberger, S.; Palm-Espling, M. E.; Baldwin, A. J.; Kessler, B. M.; Claridge, T. D.; Mohammed, S.; Davis, B. G. Science 2016, 354. DOI: 10.1126/science.aag1465

以前にもケムステでは同じような「同時多発研究」を紹介していますが(C-CN結合活性化を介したオレフィンへの触媒的不斉付加超一流化学者の真剣勝負が生み出した丸かぶり論文)、この手の話を聞くと毎回ぞっとしますね。さて早速ですが内容に移っていきましょう。

人工的なタンパク質の翻訳後修飾法

タンパク質はDNAからRNAへの転写、RNAからの翻訳により合成されます。その後合成されたタンパク質は、糖鎖付加やリン酸化、メチル化などの化学的な修飾が施されることで、タンパク質に機能を付与したり、活性調節を行ったりします。これを翻訳後修飾と言います。

このように生命現象に深く関与している翻訳後修飾の研究は盛んに行われており、とりわけ翻訳後修飾タンパク質の合成が、生化学的な手法、合成化学的な手法を用いて行われています1。しかしながら現在までに合成できる翻訳後修飾タンパク質は限定的です。

デヒドロアラニンを経由した化学的修飾法

例えば、翻訳後修飾タンパク質の合成法における一つの大きな流れとして、デヒドロアラニン(Dha)を経由したタンパク質への化学的修飾法が挙げられます。すなわちシステインやセリンなどをDhaに誘導後、種々の求核剤を作用させることで、人工的に翻訳後修飾されたタンパク質が合成できます。しかしながら問題点として、求核剤の多くがチオールであり、反応後には必ずチオエーテル部位が残ってしまいます。そのため、自然界で見られるようなnativeな翻訳後修飾を再現することができません。

デヒドロアラニンとチオールとのマイケル付加反応による翻訳後修飾タンパク質の合成 (ref 2の図より引用)

二つのグループが取った戦略-デヒドロアラニンに対するラジカル反応を用いたC–C結合形成!

従来法では合成困難であったnativeな翻訳後修飾を達成すべく立ち上がったのは、KAISTのProf. ParkとProf. Lee、そしてYale大学のProf. Söllがタッグを組んだグループと、デヒドロアラニンを経由したタンパク質の翻訳後修飾法の開発で著名なオックスフォード大学のDavisらのグループです。

そして奇しくも2グループともデヒドロアラニンに対するラジカル反応を用いたC–C結合形成というアプローチを採用しました。本手法を用いれば反応後に不要なチオエーテル結合が残りません。以下に今回の2グループが行った方法の全体像を示します。

二つのグループが行った方法の全体像。それぞれの条件は異なるものの戦略は全く同じ (ref 3の図より引用)

デヒドロアラニン合成に関してはDavisらは独自に開発した方法を、Parkら合同チームはホスホセリンに塩基を作用させる方法を採用しています。このデヒドロアラニン合成に関してはこれまでに種々の報告がなされているため、今回は説明をこちらの総説2に任せて、詳細は割愛させてもらいます。

さてラジカル反応の条件に関してです。Davisらはデヒドロアラニンに対してZnとヨウ化アルキルを作用させたところ、予想通りC–C結合形成反応が進行しました。しかしながら副生成物としてジアルキル化および酸素と反応して生成したと考えられる物が得られてしまいます(下図参照)。そこで種々検討した結果、ラジカル発生剤をZnからNaBH4に変更し、反応をグローブボックス内において行うことで綺麗に反応が進行することがわかりました。相当な条件検討があったことが伺い知れますね。それに対してParkら合同チームはNaBH4の代わりにZnと酢酸銅を合わせ用いることでラジカル反応が良好に進行することを見出しました。

Davisらの方法で得られた副生成物 (Supporting Informationより引用)

どちらの方法が有用なのか

さて、結局のところどちらの方法が優れているのでしょうか?Davisらは見出した方法で合計8種類の翻訳後修飾されたタンパク質の合成をおこなっており、一方、Parkら合同チームは3種類のタンパク質を合成しています。合成した数だけで言えばDavisらに軍配が上がりますが、それだけでどちらが優れているというのを判断するのは難しいですね。しかし一つ言えることは、これら二つの方法を用いることで、我々は10種類ものタンパク質に対して翻訳後修飾することが可能になったということです。

今回の手法で合成した翻訳後修飾タンパク質 (ref 3の図より引用)

 

おわりに

途中で気づいた方も多いかもしれませんが、今回の記事の図はBodeらによる解説記事3から多く引用させていただきました。より詳細な内容が気になる方はこのBodeらによる解説記事および原著論文を合わせて読んでみていただけたらと思います。

今回紹介した人工的なタンパク質の翻訳後修飾法を用いることで、さらなる生命現象の解明がなされることを期待したいです。と思うのと同時に、このような「同時多発研究」で競り負けないように実験がんばろう!と思いました。

という感じでこの記事を締めたいと思います。

 

参考文献

  1.  Genetic code expansion: Noren, C. J.; Anthony-Cahill, S. J.; Griffith, M. C.; Schultz, P. G. Science1989244, 182. DOI: 10.1126/science.2649980 Protein synthesis: Dawson, P. E.; Muir, T. W.; Clark-Lewis, I.; Kent, S. B. Science, 1994, 266, 776. DOI: 10.1126/science.7973629 Chemical mutagenesis: Simon, M. D.; Chu, F.; Racki, L. R.; de la Cruz, C. C.; Burlingame, A. L.; Panning, B.; Narlikar, G. J.; Shokat, K. M. Cell, 2007,128, 1003. DOI: 10.1016/j.cell.2006.12.041
  2. Chalker, J.; Gunnoo, S.; Boutureira, O.; Gerstberger, S.; Fernández-González, M.; Bernardes, G.; Griffin, L.; Hailu, H.; Schofield, C.; Davis, B. Chem Sci, 2011, 2, 1666. DOI: 10.1039/c1sc00185j
  3. Hofmann, R.; Bode, J. W. Science, 2016, 354, 553. DOI: 10.1126/science.aai8788

goatfish

goatfish

投稿者の記事一覧

専門は有機化学です。有機合成と運動さえできればもう何もいりません。

関連記事

  1. 光照射下に繰り返し運動をおこなう分子集合体
  2. お前はもう死んでいる:不安定な試薬たち|第4回「有機合成実験テク…
  3. マタタビの有効成分のはなし【更新】
  4. 【山口代表も登壇!!】10/19-11/18ケミカルマテリアルJ…
  5. 【イベント】「化学系学生のための企業研究セミナー」「化学系女子学…
  6. 高圧ガス甲種化学 受験体験記① ~概要・申し込み~
  7. フラクタルな物質、見つかる
  8. 葉緑素だけが集積したナノシート

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 酵素触媒によるアルケンのアンチマルコフニコフ酸化
  2. クリストファー・チャン Christopher J. Chang
  3. ポリ乳酸 Polylactic Acid
  4. bothの使い方
  5. tRNAの新たな役割:大豆と微生物のコミュニケーション
  6. 5分でできる!Excelでグラフを綺麗に書くコツ
  7. ご長寿化学者の記録を調べてみた
  8. ChemDraw の使い方【作図編④: 反応機構 (前編)】
  9. サーバーを移転しました
  10. グラフィカルアブストラクト付・化学系ジャーナルRSSフィード

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2017年2月
« 1月   3月 »
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728  

注目情報

注目情報

最新記事

令和3年度に登録された未来技術遺産が発表 ~フィッシャー・トロプシュ法や記憶媒体に関する資料が登録~

国立科学博物館は、平成20年度から重要科学技術史資料(愛称:未来技術遺産)の登録を実施しています。令…

企業研究者のためのMI入門②:Pythonを学ぶ上でのポイントとおすすめの参考書ご紹介

現在、多くの企業がデジタルトランスフォーメーション(DX)による生産性向上を試みています。特に化学メ…

女子の強い味方、美味しいチョコレート作りを助ける化合物が見出される

チョコレートの製造過程でリン脂質分子を添加するという方法を用いれば、複雑なテンパリング(加熱・せん断…

火力発電所排気ガスや空気から尿素誘導体の直接合成に成功

第339回のスポットライトリサーチは、産業技術総合研究所 触媒化学融合研究センタ…

CV測定器を使ってみた

「電気化学」と聞くと、難しい数式が出てきて何やらとっつきづらいというイメージがある人が多いと思います…

知られざる法科学技術の世界

皆さんは、日本法科学技術学会という学会をご存じでしょうか。法科学は、犯罪における問題を”科学と技術”…

有機合成化学協会誌2021年9月号:ストリゴラクトン・アミド修飾アリル化剤・液相電解自動合成・ビフェニレン・含窒素複素環

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2021年9月号がオンライン公開されました。9…

イグノーベル賞2021が発表:今年は化学賞あり!

2021年9月9日、「人々を笑わせ考えさせた業績」に送られるイグノーベル賞の第31回授賞式が行われま…

理化学研究所上級研究員(創発デバイス研究チーム)募集

理化学研究所の創発物性科学研究センターで上級研究員の公募を行っております。今回募集対象である、創…

世界最小!? 単糖誘導体から還元反応によって溶ける超分子ヒドロゲルを開発

第338回のスポットライトリサーチは、東 小百合 博士にお願いしました。ヒドロゲルはいわゆる…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP