[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. 香りの化学2
  2. 有望な若手研究者を発掘ー研究者探索サービス「JDream Exp…
  3. ラジカルの安定性を越えろ! ジルコノセン/可視光レドックス触媒を…
  4. 花粉症対策の基礎知識
  5. ビール好きならこの論文を読もう!
  6. ナノクリスタルによるロタキサン~「モファキサン」の合成に成功~
  7. 虫歯とフッ素のお話② ~歯磨き粉のフッ素~
  8. 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

注目情報

ピックアップ記事

  1. ゾイジーンが設計した化合物をベースに新薬開発へ
  2. 求電子的インドール:極性転換を利用したインドールの新たな反応性!
  3. 井上 将行 Masayuki Inoue
  4. 富山化学 「YP-18 」の開発を開始
  5. アメリカ企業研究員の生活①:1日の仕事の流れ
  6. 光線力学療法 Photo Dynamic Therapy (PDT)
  7. 一致団結ケトンでアレン合成!1,3-エンインのヒドロアルキル化
  8. 高透明性耐熱樹脂の開発技術と将来予測【終了】
  9. 米デュポン株、来年急上昇する可能性
  10. 有機合成化学協会誌2021年10月号:フッ素化反応2010-2020

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

CIPイノベーション共創プログラム「有機電解合成の今:最新技術動向と化学品製造への応用の可能性」

日本化学会第106春季年会(2026)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「有機電解合…

CIPイノベーション共創プログラム「世界を変えるバイオベンチャーの新たな戦略」

日本化学会第106春季年会(2026)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「世界を変え…

年会特別企画「XAFSと化学:錯体, 触媒からリュウグウまで –放射光ことはじめ」

放射光施設を利用したX線吸収分光法(XAFS)は、物質の電子状態や局所構造を元素選択的に明らかにでき…

超公聴会 2026 で発表します!!【YouTube 配信】

超公聴会は、今年度博士号を取得する大学院生が公聴会の内容を持ち寄ってオンライン上で発表する会です。主…

日本化学会 第104春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part II

さて、Part Iに引き続きPart II!年会をさらに盛り上げる企画として、2011年より…

凍結乾燥の常識を覆す!マイクロ波導入による乾燥時間短縮と効率化

「凍結乾燥は時間がかかるもの」と諦めていませんか?医薬品や食品、新素材開発において、品質を維…

日本化学会 第104春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part I

まだ寒い日が続いておりますが、あっという間に3月になりました。今年も日本化学会春季年会の季節です。…

アムホテリシンBのはなし 70年前に開発された奇跡の抗真菌薬

Tshozoです。以前から自身の体調不良を記事にしているのですが、昨今流行りのAIには産み出せな…

反応操作をしなくても、化合物は変化する【プロセス化学者のつぶやき】

前回まで1. 設定温度と系内の実温度のお話2. 温度値をどう判断するか温度を測ること…

ジチオカーバメートラジカル触媒のデザイン〜三重項ビラジカルの新たな触媒機能を発見〜

第698回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院工学研究科(大井研究室)博士後期課程1年の川口…

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