[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

変異体鏡像Rasタンパクの化学全合成

[スポンサーリンク]

スローンケタリング癌研究所・Samuel J. Danishefskyら共同研究グループは、Dーアミノ酸のみで構成された変異Rasの全合成に成功した。Rasはヒトのガンの30%に関わるとされるタンパク質であるが、これを標的とする薬剤開発は現在でもさほど進んでいない。全合成された鏡像体Rasタンパク質は、ペプチド阻害剤探索法(mirror-image yeast surface display)に活用できる。

“Total Chemical Synthesis and Folding of All-l and All-d Variants of Oncogenic KRas(G12V)”
Levinson, A. M.; McGee, J. H.*; Roberts, A. G.*; Creech, G. S.; Wang, T.; Peterson, M. T.; Hendrickson, R. C.; Verdine, G. L.; Danishefsky, S. J.* J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 7632–7639. DOI: 10.1021/jacs.7b02988(アイキャッチ画像は本論文より引用・改変)

問題設定と解決した点

 Rasタンパク質は、GTP結合タンパク質の一種で、細胞のガン化に関わるひとつとして知られている[1]。通常、RasはGDPと結合した不活性な状態で存在するが、これがGTPと交換されることで活性化し、転写や細胞増殖に関わる多くのシグナル経路を活性化するようになる。その後GTPase活性化蛋白質(GAP)と結合しGTPをGDPに加水分解することで再び不活性型に戻る。

図はこちらのサイトより引用

 しかしGTPには結合するがそれを加水分解できない変異Rasが生じると、下流のシグナル経路が常時活性化され続ける。これが細胞のガン化を引き起こす。そのため変異したRas(Gly12がValへと変異したG12V体が代表的であり、KRasと呼ばれる)の働きを抑制する抗がん剤の研究が行われてきた。しかしながら、Rasは疎水性の結合ポケットを持たず、GTP結合部位を狙っても多量の体内GDP・GTPとの競合に薬剤が負けてしまう問題があり、Rasをターゲットとした低分子創薬は長年にわたり困難であった。

 そこで近年では、下流に位置するキナーゼとRasのタンパク間相互作用を阻害するための研究が行われてきた。その探索法の一つが、Yeast Surface Display(YSD)[2]である。この手法では酵母表面にペプチドを発現させてライブラリとし、標的と結合しうる酵母(ペプチド)のみを集め増幅させ、結合能の高いペプチドを同定する。

YSDの概念図。この図では釣り上げにmagnetic beadsを用いているが、今回の論文ではビオチンを用いている。

 D-アミノ酸から構成されるD-ペプチド医薬は、ペプチダーゼ耐性が高く体内安定性に優れている。しかしながら、酵母表面にD-ペプチドは発現できないため、通常の方法ではYSD法でのD-ペプチド同定は不可能である。

 そこで著者らは、酵母表面L-ペプチドとの相互作用を狙ったmirror-image display screening[3]を実施すべく、すべてがD-アミノ酸で構成された鏡像体KRasの全合成を行った。

技術や手法のキモ

 KRasは166残基もの長さを持つペプチドである。そのため複数のフラグメントに分割し、それぞれ固相合成したものをNCLによって繋げることを計画した。KRasは3ヶ所にシステインを持つ(Cys51, Cys80, Cys118)ため、ここで繋げるのが基本戦略となる。またC末端には釣り上げのためビオチンタグを付けている。

図は論文より引用

 固相上でペプチド鎖を伸ばしていくと、5~20個程度繋げたところでペプチド鎖同士が水素結合などを起こして凝集し、反応しなくなる可能性がある。

 これを解決しうる工夫として、セリン・スレオニンをアセタール保護してプロリン様構造としたジペプチドを組み込んで用いている(プロリン骨格が含まれると凝集しにくいため)。

また、高疎水性部のグリシンアミドにHmb基を導入し、アミドNHが水素結合しないようにしている(Hmbは90% TFAの酸条件で除去可能)。

[118-166]の49残基フラグメントについては固相合成のみでは収率が低いため、フラグメントをAla146の左右で分割し、NCLで連結して合成している(NCL後のシステインを脱硫してアラニンへと変換している)。Gly133のC末をチオ酸にしたのちイソニトリル活性化型カップリング[4]する別法も検討されている。

合成スキームは論文より引用

 

[1-50]と[51-79]のNCLにおいては、[51-79]のC末端もチオエステルであるが、[1-50]のC末が優先的に反応する。これは[1-50]C末端を脱離能が大きいアリールチオエステルとしていることが理由であり、Kinetic NCLと呼称している。

合成スキームは論文より引用

主張の有効性検証

①化学合成タンパクが生物合成タンパクと同じものであることの実証

 化学合成後フォールディングさせ、サイズ排除クロマトグラフィーで精製すると、生物合成によるrecombinantタンパクと同じ溶出時間を示した。また。CDスペクトルも同様であった(LとDで逆の波形になる)。タンパク質の吸光(A260/A280)も同様の結果を示した。

②KRasの鏡像異性体毎にL-ペプチド/D-ペプチドの相互作用傾向が反転することの実証

 KRasと結合して蛍光を発するmant-GppNHpを用い、蛍光強度からL-KRas、D-KRasそれぞれと相互作用するか否かを調べた。mant-GppNHpと結合させた状態でGppNHpと競合させると蛍光が減少していくが、225-44ミニタンパクと相互作用させるとmant-GppNHpの放出(蛍光減少)が遅くなることが知られている。

 このアッセイ系をL-KRasとD-KRasに対し適用したところ、L-KRasは生物合成のものと同様の挙動を示した。

 しかしD-KRasの場合はGppNHp と競合せず、GppNHpの光学異性体と競合して蛍光を減少させた。また、L-225-44 ミニタンパクを共存させても放出を抑制できず、D-225-44ミニタンパク共存下では蛍光減少が遅くなった。

 さらに、KRasに結合する225-11ミニタンパクについてもそれぞれall-D, all-Lのものを用意し、結合力を測定した。この結果、L-KRasとL-225-11、D-KRasとD-225-11が相互作用し、L-RasとD-225-11は相互作用しないことが分かった。

 このように結合特性はL/Dで綺麗に反転していることから、D-KRasと相互作用するL-ペプチドを見つけられれば、L-KRasと相互作用するD-ペプチドを見つけたことに相当する。

議論すべき点

  • mirror-image displayは1996年のScience[3a]が初出。これ以降、アルツハイマーやHIV薬の探索のために研究されているようだが、創薬標的となるタンパク質をすべてD体で全合成しなければならないことが欠点。今回のKRasは166残基でまだ合成可能なサイズだが、これ以上大きくなると厳しいか。そもそも化学合成後、ちゃんとfoldingするかどうかも懸念がある。
  • この方法で見つけられるのは全てD-アミノ酸からなるペプチドである。DL混合のものなどを見つけることは、当然ながら無理。
  • Dーアミノ酸は終止コドンに対応させれば1~2種程度は導入できるが、すべてをD体にするメリットはどれほどか?

次に読むべき論文は?

  • 本手法のlimitationのひとつは、標的タンパク質のD体アミノ酸での全合成である。現在ではどのくらいの大きさのタンパク質まで合成できるのか?を知る意味でも、タンパク質化学全合成に関する総説[5]などは参照価値がある。

参考文献

  1. Cox, A. D.; Fesik, S. W.; Kimmelman, A. C.; Luo, J.; Der, C. J. Nat. Rev. Drug Discov. 2014, 13, 828. doi:10.1038/nrd4389
  2. Gera, N.; Hussain, M.; Rao, B. M. Methods 2013, 60, 15. doi:10.1016/j.ymeth.2012.03.014
  3. (a) Schumacher, T. N. M.; Mayr, L. M.; Minor, D. L.; Milhollen, M. A.; Burgess, M. W.; Kim, P. S. Science 1996, 271, 1854. DOI: 10.1126/science.271.5257.1854 (b) Funkea,S. A.; Willbold, D. Mol. Biosyst. 2009, 5, 783. doi:10.1039/B904138A
  4. Roberts, A. G.; Johnston, E. V.; Shieh, J.-H.; Sondey, J. P.; Hendrickson, R. C.; Moore, M. A. S.; Danishefsky, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 13167. DOI: 10.1021/jacs.5b08754
  5. Kent, S. B. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 338. doi:10.1039/B700141J
Avatar photo

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。国立大学教員→国研研究員にクラスチェンジ。専門は有機合成化学、触媒化学、医薬化学、ペプチド/タンパク質化学。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. 複雑天然物Communesinの新規類縁体、遺伝子破壊実験により…
  2. Gilbert Stork最後の?論文
  3. 太陽ホールディングスってどんな会社?
  4. 有機アジド(3):アジド導入反応剤
  5. 第57回有機金属若手の会 夏の学校
  6. カルコゲン結合でロジウム二核錯体の構造を制御する!
  7. START your chemi-storyー日産化学工業会社説…
  8. 小型でも妥協なし!幅広い化合物をサチレーションフリーのELSDで…

注目情報

ピックアップ記事

  1. カルボカチオンの華麗なリレー:ブラシラン類の新たな生合成経路
  2. ブロッコリー由来成分「スルフォラファン」による抗肥満効果の分子機構の解明
  3. 単結合を極める
  4. 遷移金属を用いない脂肪族C-H結合のホウ素化
  5. カレーの成分、アルツハイマー病に効く可能性=米研究
  6. ダグ・ステファン Douglas W. Stephan
  7. ペッカ・ピューッコ Pekka Pyykkö
  8. 溶媒の同位体効果 solvent isotope effect
  9. ダウとデュポンの統合に関する小話
  10. プロリン ぷろりん proline

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2017年8月
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
28293031  

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