[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

ルミノール誘導体を用いるチロシン選択的タンパク質修飾法

[スポンサーリンク]

2015年、東京工業大学・中村浩之らは、ルミノール誘導体と鉄-ポルフィリン複合体(ヘミン)を用い、チロシン選択的なタンパク質修飾法を開発した。水系溶媒にて高収率で進行する本反応は、酵素や抗体などにも適用可能である。

“Tyrosine-Specific Chemical Modification with in situ Hemin-Activated Luminol Derivatives”
Sato, S.; Nakamura, K.; Nakamura, H.* ACS Chem. Biol. 2015, 10, 2633. DOI: 10.1021/acschembio.5b00440

問題設定と解決した点

タンパク質修飾反応において、リジン(Lys)やシステイン(Cys)ほど側鎖反応性が高くなく、適度な表面露出度を持つチロシン(Tyr)側鎖は有力な標的である。Tyr選択的反応の代表格としてはBarbasらが報告したPTAD法[1]がある。しかしながら、PTAD試薬は水中で窒素と一酸化炭素を発生しつつ分解してイソシアネートを生じ、これがLys側鎖と交差反応を起こす問題がある。

そこでPTADと同様に酸化的に活性化されるルミノール誘導体に注目し、副生成物を生じることなくTyr修飾を行う手法を開発した。

技術や手法の肝

ルミノール反応は、血中の鉄触媒を用いて過酸化水素でルミノールを活性化し、基底状態に戻るときに発光を伴う反応である[2]。これはPTADを系中発生させる酸化過程に類似していることから、ルミノールもTyr修飾に使用可能と推測された。しかしルミノールは活性化状態からの分解が速いため、Tyr修飾の収率は21%にとどまった。そこで脱窒素が起こらないよう、窒素メチル基を導入した誘導体を合成し使用した。これはルミノールと異なり発光分解を起こさず、触媒量のヘミン存在下に95%以上の収率でTyr修飾が進行した。

主張の有効性検証

①PTADのような副反応を起こしていないことの確認

反応の検証にはアンジオテンシンⅡ(DRVYIHPFHL)を用いた。Tyr以外に反応していないことを示すため、TyrをAla, Cys, Lys, Met, Ser, Trpに置換したものでも反応を行ったところ、Cys以外は反応が進行しないことが分かった(Cys側鎖は酸化される)。

②タンパク質への適用可能性

基質としてBSA(Tyrを20個含む)を用い、100当量の試薬を用いて反応を行った。反応後のタンパクをMALDI-TOF-MS解析したところ、ピークシフトからおおよそ平均6つの分子が結合していることが分かった。LC-MS/MS解析の結果、20個のTyrのうち8つに結合しうることが示された。
BSAの結晶構造[3]から計算したSolvent Accessibility(SA)と反応位置の相関を考察している。SAが0と計算されるものが反応するなど一部例外もあるが、おおむね反応しやすさと露出度には相関があると考えられる。もっとも反応しやすいTyr400では二重修飾体を与えている。

③タンパク質機能に与える影響

アジド基を備えた試薬を結合し、Click反応で蛍光分子を結合可能であることが実証されている。さらに酵素(Carbonic anhydraseおよびTrypsin)を修飾し後に活性を調べたところ、やや低下は見られるものの概ね活性を保持したままであることが分かった。また反応を抗体にも適用しており、チューブリン抗体に蛍光分子を結合させてチューブリン染色に使用可能であることも実証している。

議論すべき点

  • Buffer中で行える反応だが、DMSOを2%混合している。ヘミンと試薬の水溶性に難があるのかもしれない。
  • システイン以外には言及していないが、過酸化水素活性化触媒を用いる都合、酸化的なダメージがタンパクに入る可能性は否定できない。
  • Tyrの位置選択性制御は次なる課題と言えそう。

次に読むべき論文は?

  • 本反応の改良として、ヘミンの代わりにHorseradish-Peroxidaseを用いた反応[4]を報告している。この酵素は活性が高く0.1 mol%で反応が進行すること、NADHを用いることで分子酸素を酸化剤として用いることが可能となった。ルミノール誘導体の試薬構造は同一である。

参考文献

  1. Ban, H.; Gavrilyuk, J.; Barbas, C. F. III J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1523. DOI: 10.1021/ja909062q
  2. Merenyi, G.; Lind, J.; Eriksen, T. E. J. Phys. Chem. 1984, 88, 2320. DOI: 10.1021/j150655a027
  3. PDB: 4F5S
  4. Sato, S.; Nakamura, K.; Nakamura, H. ChemBioChem 2017, 18, 475. DOI: 10.1002/cbic.201600649
cosine

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。
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. 知の市場:無料公開講座参加者募集のご案内
  2. 高速エバポレーションシステムを使ってみた:バイオタージ「V-10…
  3. 米国へ講演旅行にいってきました:Part I
  4. 生体内での細胞選択的治療を可能とする糖鎖付加人工金属酵素
  5. 構造式を美しく書くために【準備編】
  6. 超高速レーザー分光を用いた有機EL発光材料の分子構造変化の実測
  7. アメリカの大学院で受ける授業
  8. みんな大好きBRAINIAC

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. ケミカルジェネティクス chemical genetics
  2. カティヴァ 酢酸合成プロセス Cativa Process for Acetic Acid Synthesis
  3. ジョン・フェン John B. Fenn
  4. 代表的有機半導体の単結晶化に成功 東北大グループ
  5. レーザー光で実現する新たな多結晶形成法
  6. (+)-sieboldineの全合成
  7. 自己修復性高分子研究を異種架橋高分子の革新的接着に展開
  8. 第74回―「生体模倣型化学の追究」Ronald Breslow教授
  9. カルボラン carborane
  10. ケムステ海外研究記 まとめ【地域別/目的別】

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

注目情報

注目情報

最新記事

第18回ケムステVシンポ『”やわらか電子材料” 有機半導体の世界』を開催します!

こんにちは、Spectol21です。作日、第16回ケムステVシンポが開催され、来週には第17回ケムス…

有機合成化学協会誌2021年6月号:SGLT2阻害薬・シクロペンチルメチルエーテル・4-メチルテトラヒドロピラン・糖-1-リン酸・新規ホスホジエステラーゼ阻害薬

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2021年6月号がオンライン公開されました。新…

フェノール類を選択的に加水素分解する新触媒を開発:リグニンから芳香族炭化水素へ

第316回のスポットライトリサーチは、東京大学大学院工学系研究科 化学生命工学専攻(野崎研究室)・金…

【書籍】化学系学生にわかりやすい 平衡論・速度論

『化学系学生にわかりやすい 平衡論・速度論』(酒井 健一 著、コロナ社)という書籍をご紹介します。…

これからの理系の転職について考えてみた

Employability(エンプロイアビリティ)という言葉をご存じでしょうか。…

日本で始まる最先端半導体の開発 ~多くの素材メーカーが参画~

半導体の受託生産で世界最大手の台湾積体電路製造(TSMC)が茨城県つくば市に研究開発拠点を新設し、最…

「リチウムイオン電池用3D炭素電極の開発」–Caltech・Greer研より

久々のケムステ海外研究記です。第40回はカリフォルニア工科大学(Caltech)材料科学科のPhD課…

ペプシとヒドラゾンが作る枝分かれフッ素化合物

gem-ジフルオロシクロプロパンを原料としたbranch選択的なモノフルオロアルケン合成法が開発され…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP