[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

5-ヒドロキシトリプトファン選択的な生体共役反応

[スポンサーリンク]

2017年、ボストンカレッジのAbhishek Chatterjeeらは、5-ヒドロキシトリプトファン(5-HTP)と芳香族ジアゾニウムとの高い反応性を、化学選択的なタンパク質修飾法に応用した。形成されるアゾ(N=N)結合は、亜ジチアン酸塩で効率的に開裂できるため、必要に応じて脱修飾を行なうことも可能である。

“A Chemoselective rapid Azo-Coupling Reaction (CARCR) for Unclickable Bioconjugation”
Addy, P. S.; Erickson, S. B.; Italia, J. S.; Chatterjee, A.* J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 11670-11673. DOI: 10.1021/jacs.7b05125


問題設定

芳香族ジアゾニウムイオンを利用したタンパク質修飾法は、チロシンを標的としたFrancisらの報告[1]を代表例としていくつか報告がなされている。しかしながらチロシン残基はタンパク表面にそれなりの数が存在するために選択性が出しづらいこと、またジアゾニウム試薬は強力な電子求引基(ニトロ基など)を備えていないと反応しないため、試薬構造に大きな制限がかかることが問題となっていた。

技術や手法のキモ

著者らはより電子豊富な側鎖を有する5-ヒドロキシトリプトファン(5-HTP)を反応相手とすることで、従来よりマイルドな条件でのタンパク質修飾法を達成している。5-HTPはセロトニンやメラトニンの原料となるアミノ酸であり、チロシン以上に側鎖が電子豊富であり、ジアゾニウム試薬との反応性も高い。たとえば4-ニトロフェニルジアゾニウムとの反応では、チロシンの4500倍の反応速度を示している。
しかし、チロシンに対しても遅いながらも反応が進んでしまうため、よりマイルドな試薬である4-カルボキシフェニルジアゾニウム及び4-メトキシフェニルジアゾニウム塩を用いることで、5-HTP選択的に反応を進めている。

主張の有効性検証

①生体条件での交差反応性のチェック

4-カルボキシフェニルジアゾニウム試薬は、チロシン及びヒスチジン、トリプトファン、リジンといった他の天然アミノ酸残基とは一切反応しない。

②タンパク質への応用

著者は最近、大腸菌のtryptophanyl-tRNA synthetase/tRNA対を改変することで、真核細胞内で効率的に5-HTPを導入可能な系を確立することに成功した[2]。これを用いてsupefolder GFPの5-HTP導入体を合成し、反応を行った。5-HTP未導入のNative体と比較したところ、5-HTP導入体のみから修飾体が得られた。

③蛍光性ジアゾニウム化合物による修飾

リンカーを介して繋げるのではなく、試薬相当の部分構造を有するフルオレセインジアゾニウム置換体を用いることで、タンパク質を修飾して蛍光性を付与できることも示している。


④抗体の修飾

ハーセプチンFab断片に5-HTPを導入した抗体断片に対しても、反応は良好に進行する。LC-MS解析で修飾分の分子量が増えていること、SDS-PAGEで調べると蛍光性が付与されていること、抗原であるHER2過剰発現細胞(SK-BR-3)に対し作用させると細胞が光ることから、抗体機能を損ねずに修飾できることが実証されている。

⑤還元による脱修飾

生成物のアゾ構造は亜ジチオン酸塩(Na2S2O4)還元によって、切断(unclick)することができる。このことは低分子モデル化合物のLC-MS解析、および光駆動型ビオチン化試薬[3]を用いるタンパク質修飾→unclickの様子をウェスタンブロッティング(ストレプトアビジン-HRPプローブ)で追跡して確かめている。しかし反応後の4-アミノ-5-HTPは酸化に弱く、MS解析では追跡できていない。

議論すべき点

  • 反応は非常に速い。タンパク質相手であっても4-ニトロ型試薬は1~2分、4-カルボキシ型試薬でも20分ほどで反応が完了する。
  • 5-HTPは体内にもともと存在するアミノ酸であり、安定で安価という利点はある。また従来法と直交性があるので複数種類の修飾も可能にする。

次に読むべき論文は?

  • 本反応+クリック反応などで複数種類の修飾を導入するためは、追加で天然アミノ酸残基を狙うか、もう一種類の非天然アミノ酸を導入する必要がある。動物細胞で行なうには技術的ハードルがあるが、著者らはそのための手法を最近報告している[4]。
  • また著者らは、動物細胞での非天然アミノ酸の導入についてのレビュー[5]も書いている。抗体ほどの巨大分子は大腸菌で作るのが厳しいため、ADCなどへの応用も考えると重要な技術である。

参考文献

  1. Hooker, J. M.; Kovacs, E. W.; Francis, M. B. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 3718. DOI: 10.1021/ja031790q
  2. Italia, J. S.; Addy, P. S.; Wrobel, C. J.; Crawford, L. A.; Lajoie, M. J.; Zheng, Y.; Chatterjee, A. Nat. Chem. Biol. 2017, 13, 446. doi:10.1038/nchembio.2312
  3. (a) He, J.; Kimani, F. W.; Jewett, J. C. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 9764. DOI: 10.1021/jacs.5b04367 (b) Jensen, S. M.; Kimani, F. W.; Jewett, J. C. ChemBioChem 2016, 17, 2216. DOI: 10.1002/cbic.201600508 (c) Kimani, F. W.; Jewett, J. C. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 4051. DOI: 10.1002/anie.201411277
  4. Zheng, Y.; Addy, P. S.; Mukherjee, R.; Chatterjee, A. Chem. Sci. 2017, 8, 7211. DOI: 10.1039/C7SC02560B
  5. Italia, J. S.; Zheng, Y.; Kelemen, R. E.; Erickson, S. B.; Addy, P. S.; Chatterjee, A. Biochem. Soc. Trans. 2017, 45, 555. DOI: 10.1042/BST20160336
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. “Wisconsin Process”に…
  2. 2011年ノーベル化学賞予測―トムソン・ロイター版
  3. JSRとはどんな会社?-1
  4. 新形式の芳香族化合物を目指して~反芳香族シクロファンにおける三次…
  5. Dead Endを回避せよ!「全合成・極限からの一手」④
  6. SigmaAldrichフッ素化合物30%OFFキャンペーン
  7. アメリカで Ph.D. を取る –結果発表ーッの巻–
  8. 一流科学者たちの経済的出自とその考察

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 書物から学ぶ有機化学4
  2. 機械的力で Cu(I) 錯体の発光強度を制御する
  3. リン–リン単結合を有する化合物のアルケンに対する1,2-付加反応
  4. 第27回 国際複素環化学会議 (27th ISHC)
  5. 錬金術博物館
  6. 溶液を流すだけで誰でも簡単に高分子を合成できるリサイクル可能な不均一系ラジカル発生剤の開発
  7. 2013年就活体験記(1)
  8. R・スモーリー氏死去 米国のノーベル賞化学者
  9. 有機反応を俯瞰する ー縮合反応
  10. ピーターソンオレフィン化 Peterson Olefination

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2018年3月
« 2月   4月 »
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031  

注目情報

注目情報

最新記事

ダイセル発、にんにく由来の機能性表示食品「S-アリルシステイン」

株式会社ダイセルは、カラダの疲れを感じている方のための機能性表示食品「S-アリルシステイン」を消費者…

Delta 6.0.0 for Win & Macがリリース!

NMR解析ソフトDeltaの最新版6.0.0がリリースされました!&nb…

こんなのアリ!?ギ酸でヒドロカルボキシル化

可視光レドックス触媒によるギ酸を炭素源としたヒドロカルボキシル化が開発された。チオール触媒を介したラ…

ポンコツ博士研究員の海外奮闘録 ケムステ異色連載記

本稿は,世間一般にほとんど知られていない地方私立大学で学位を修了し,エリートでもなく何も成し遂げてい…

新型コロナの飲み薬モルヌピラビルの合成・生体触媒を用いた短工程化

新型コロナウイルス (SARS-CoV-2) 感染症に対する飲み薬として、Merck…

秋吉一成 Akiyoshi Kazunari

秋吉 一成(あきよしかずなり)は日本の有機化学者である。京都大学大学院 工学研究科 高分子化学専攻 …

NIMS WEEK2021-材料研究の最新成果発表週間- 事前登録スタート

時代を先取りした新材料を発信し続けるNIMS。その最新成果を一挙ご紹介する、年に一度の大イベント「N…

元素記号に例えるなら何タイプ? 高校生向け「起業家タイプ診断」

今回は化学の本質とは少し離れますが、元素をモチーフにしたあるコンテンツをご紹介します。実験の合間…

多価不飽和脂肪酸による光合成の不活性化メカニズムの解明:脂肪酸を活用した光合成活性の制御技術開発の可能性

第346回のスポットライトリサーチは、東京大学 大学院総合文化研究科(和田・神保研究…

10手で陥落!(+)-pepluanol Aの全合成

高度な縮環構造をもつ複雑天然物ペプラノールAの全合成が、わずか10工程で達成された。Diels–Al…

Chem-Station Twitter

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