[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

Avatar photo

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. 中国へ講演旅行へいってきました②
  2. 個性あるジャーナル表紙
  3. 目指せ!フェロモンでリア充生活
  4. 【好評につきリピート開催】マイクロ波プロセスのスケールアップ〜動…
  5. ケムステ版・ノーベル化学賞候補者リスト【2023年版】
  6. アメリカ大学院留学:TAの仕事
  7. 地方の光る化学商社~長瀬産業殿~
  8. マテリアルズ・インフォマティクスに欠かせないデータ整理の進め方と…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 次世代の二次元物質 遷移金属ダイカルコゲナイド
  2. 帝人骨粗鬆症治療剤「ボナロン錠」製造販売承認
  3. 水をヒドリド源としたカルボニル還元
  4. 岩塩と蛍石ユニットを有する層状ビスマス酸塩化物の構造解析とトポケミカルフッ化反応によるその光触媒活性の向上
  5. リチウム金属電池の寿命を短くしている原因を研究者が突き止める
  6. CO2が原料!?不活性アルケンのアリールカルボキシ化反応の開発
  7. 産総研で加速する電子材料開発
  8. ジョアンナ・アイゼンバーグ Joanna Aizenberg
  9. 機械学習は、論文の流行をとらえているだけかもしれない:鈴木ー宮浦カップリングでのケーススタディ
  10. 第15回 触媒の力で斬新な炭素骨格構築 中尾 佳亮講師

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
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728  

注目情報

最新記事

7th Compound Challengeが開催されます!【エントリー〆切:2026年03月02日】 集え、”腕に覚えあり”の合成化学者!!

メルク株式会社より全世界の合成化学者と競い合うイベント、7th Compound Challenge…

乙卯研究所【急募】 有機合成化学分野(研究テーマは自由)の研究員募集

乙卯研究所とは乙卯研究所は、1915年の設立以来、広く薬学の研究を行うことを主要事業とし、その研…

大森 建 Ken OHMORI

大森 建(おおもり けん, 1969年 02月 12日–)は、日本の有機合成化学者。東京科学大学(I…

西川俊夫 Toshio NISHIKAWA

西川俊夫(にしかわ としお、1962年6月1日-)は、日本の有機化学者である。名古屋大学大学院生命農…

市川聡 Satoshi ICHIKAWA

市川 聡(Satoshi Ichikawa, 1971年9月28日-)は、日本の有機化学者・創薬化学…

非侵襲で使えるpH計で水溶液中のpHを測ってみた!

今回は、知っているようで知らない、なんとなく分かっているようで実は測定が難しい pH計(pHセンサー…

有馬温泉で鉄イオン水溶液について学んできた【化学者が行く温泉巡りの旅】

有馬温泉の金泉は、塩化物濃度と鉄濃度が日本の温泉の中で最も高い温泉で、黄褐色を呈する温泉です。この記…

HPLCをPATツールに変換!オンラインHPLCシステム:DirectInject-LC

これまでの自動サンプリング技術多くの製薬・化学メーカーはその生産性向上のため、有…

MEDCHEM NEWS 34-4 号「新しいモダリティとして注目を浴びる分解創薬」

日本薬学会 医薬化学部会の部会誌 MEDCHEM NEWS より、新たにオープン…

圧力に依存して還元反応が進行!~シクロファン構造を活用した新機能~

第686回のスポットライトリサーチは、北海道大学大学院理学研究院化学部門 有機化学第一研究室(鈴木孝…

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