[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

光触媒を用いたC末端選択的な脱炭酸型bioconjugation

光触媒を用いた反応開発で世界をリードしているMacMillan先生が今度はケミカルバイオロジー分野に参入か!?

Decarboxylative alkylation for site-selective bioconjugation of native proteins via oxidation potentials

Bloom, S.; Liu, C.; Kölmel, D.; Qiao, J.; Zhang, Y.; Poss, M.; Ewing, W.; MacMillan, D.

Nat. Chem. DOI: 10.1038/NCHEM.2888

反応開発の人が比較的取り組みやすい(と個人的に思っている)bioconjugationに自身の反応を応用しています。

bioconjugationとはなんぞや?と思われる方、大丈夫です、ケムステコンテンツはちゃんとそこまでフォローしてますよ!ということで詳細はこちらに説明を託して早速本文の紹介に進みたいと思います。

Bioconjugationに必要な条件とは

bioconjugationはペプチド/タンパク質を基質として用いる系なので、

  1. 反応は水系で行わなければならない。
  2. 一般的にタンパク質溶液は高濃度には調整できない(溶解しない)ため、低濃度でも反応が進行する必要がある。
  3. 温和な条件が必要。(タンパク質の3次構造を壊したくない)
  4. 高い選択性が必要。(様々な官能基が共存しているので)

なかなか厳しい条件ですが、MacMillanの反応はこれらを満たしているということですね。

水中での反応性と官能基選択性

今回の報告で彼らは光触媒を用いて脱炭酸を伴ったラジカルを発生させ、官能基化を行っています。高い反応性を有するラジカル反応が水中でタンパク質修飾に有用であることはこれまでの報告でもあるので(ラジカル反応制御を基盤とするタンパク質修飾法の開発[1]「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)、本反応系がbioconjugationに用いることのできるというのは納得できます。

ラジカル反応を利用したBioconjugation

 

続いて選択性です。今回の報告はC末選択的な脱炭酸型官能基化です。

タンパク質の中にはC末端以外にもアスパラギン酸やグルタミン酸といった側鎖にカルボン酸を有するものが存在しうるにも関わらず、本反応ではむしろマイナーであるC末端のカルボン酸が選択的に反応します。そのカラクリはラジカルの生成のしやすさです。C末端のカルボン酸は脱炭酸後に生成するラジカルは隣にヘテロ原子(窒素)が存在するため、アスパラギン酸やグルタミン酸の側鎖から生成するラジカル種より安定です。これがC末選択的に反応が進行する所以です。

反応の選択性:側鎖のカルボン酸 vs C末端のカルボン酸(出典: Fig. 1を改変)

光触媒の検討

さて、C末選択的に脱炭酸的な官能基化が進行しそうなことはわかりました。ということは、後は、MacMillanらがこれまで報告している反応条件で試せば終わり!と思うのですが、そうは問屋はおろしません。

本反応系で一般的に用いられる水溶性のルテニウム触媒や有機色素分子ではあまり反応が進行しません。そこで彼らは次なる触媒としてflavinを選定しました。flavinはα置換アセテートの脱炭酸反応を触媒することが知られていますが、二電子移動反応です。一電子移動反応には不向きであると直感的に思われますが、実はこれが良かったようです。

反応機構: フラビンがSETで触媒している

Limitationは?

気になる官能基許容性はというと、

LysとHis→酸性条件にすれば反応が進行する。

Tyr→低活性なflavin触媒を用いれば反応が進行しますが、やはり低収率です。Tyrは潜在的に酸化されやすいので致し方ないのですかね。

Cys、Met、Trp→これらを有するペプチド/タンパク質は論文中に出てきませんでした。Cysは今回の反応剤にマイケルアクセプターを用いているので難しそうです。MetやTrpはチオエーテルやインドールの酸化反応が優先的に進行してしまうのでしょうか。

上記以外のアミノ酸残基では良好に反応が進行するようですね。

インスリンの官能基化

本手法の応用として彼らはインスリンへの官能基化を試みています。

インスリンは二本のペプチド鎖(A-chain、B-chain)がジスルフィドで架橋された構造です。つまりC末端が二箇所あるタンパク質であり、またこの二本のペプチド鎖には4つのグルタミン酸残基を有しています。しかも本反応系では不得意であるチロシン残基も4つあるという、なんともチャレンジングなターゲットです。

しかし実際には彼らの手法を試してみると、A-chain優先的にC末端の官能基化が達成されました。もちろんジスルフィドも、グルタミン酸のカルボン酸も、他のヘテロ原子も保持されたままです。

インスリンへの応用(出典: Fig. 4)

 

B-chainではなくA-chain優先的に反応が進行する理由として彼らは二つの可能性について言及しています。

一つは単純にA-chainのC末端の方がB-chainのそれより酸化しやすいということ。もう一つは、A-chainのC末端近辺の疎水的な面に光触媒が局在し、近接効果でA-chainのC末端優先的に反応が進行するという可能性。どちらについても根拠は示されていないので推測の域は出ませんが、A-chainとB-chainで差が見られるのは非常に面白いですね。

おわりに

今回報告を含め、bioconjugation法で完璧なものは未だ存在しません。どのタンパク質の、どの部位に修飾したいのか、ということを考えて適切な方法を採用するというのが現状であり、そのため、新たなbioconjugation法の確立は未だ重要なトピックだと思います。

また今回の報告はbioconjugation法への応用でしたが、今後はbioorthogonal反応や、生細胞中でのnativeなタンパク質へのラベル化などに応用されていくのでしょうか?この先の展開も気になりますね。それでは今回はこの辺で。

参考文献

[1]Sato, S.; Nakamura, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 8681. DOI:10.1002/anie.201303831

 

関連書籍

関連リンク

 

The following two tabs change content below.
goatfish

goatfish

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. 付設展示会へ行こう!ーWiley編
  2. Reaxysレクチャー&第9回平田メモリアルレクチャー…
  3. なんだこの黒さは!光触媒効率改善に向け「進撃のチタン」
  4. 良質な論文との出会いを増やす「新着論文リコメンデーションシステム…
  5. 【PR】Chem-Stationで記事を書いてみませんか?【スタ…
  6. 同位体効果の解釈にはご注意を!
  7. 【速報】2010年ノーベル物理学賞に英の大学教授2人
  8. 海底にレアアース資源!ランタノイドは太平洋の夢を見るか

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 【書籍】天然物合成で活躍した反応:ケムステ特典も!
  2. ドナルド・トマリア Donald Tomalia
  3. 受賞者は1000人以上!”21世紀のノーベル賞”
  4. デルフチバクチン (delftibactin)
  5. 国際化学オリンピックで日本代表4人メダル受賞
  6. ベンゼンスルホヒドロキサム酸を用いるアルデヒドとケトンの温和な条件下でのアセタール保護反応
  7. 一流化学者たちの最初の一歩
  8. ハイフン(-)の使い方
  9. 芳香族ボロン酸でCatellani反応
  10. ヤンセン 新たな抗HIV薬の製造販売承認を取得

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

Noah Z. Burns ノア・バーンズ

ノア・バーンズ(Noah Z. Burns、19xx年x月xx日-)は、米国の有機合成化学者である。…

結晶データの登録・検索サービス(Access Structures&Deposit Structures)が公開

ケンブリッジ結晶学データセンターとFIZ Karlsruhe は,無償で利用できる結晶データの登録・…

可視光で芳香環を立体選択的に壊す

キラルルイス酸光触媒を用いた不斉脱芳香族的付加環化反応が開発された。ヘテロ芳香環の芳香族性を壊しなが…

科学とは「世界中で共有できるワクワクの源」! 2018年度ロレアル-ユネスコ女性科学者 日本奨励賞

2018年7月18日、フランス大使公邸にて2018年度ロレアル-ユネスコ女性科学者 日本奨励賞の授賞…

クリストフ・レーダー Christoph Rader

クリストフ・レーダー(Christoph Rader、19xx年x月xx日-)は、米国の生化学者・分…

2-(トリメチルシリル)エトキシカルボニル保護基 Teoc Protecting Group

概要2-(トリメチルシリル)エトキシカルボニル(2-(trimethylsilyl)ethoxy…

PAGE TOP