[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

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. π拡張ジベンゾ[a,f]ペンタレン類の合成と物性
  2. 「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…
  3. 有機合成化学協会誌2020年9月号:キラルナフタレン多量体・PN…
  4. 科学を魅せるーサイエンスビジュアリゼーションー比留川治子さん
  5. 【読者特典】第92回日本化学会付設展示会を楽しもう!PartII…
  6. 1つの蛍光分子から4色の発光マイクロ球体をつくる
  7. 「非晶質ニッケルナノ粒子」のユニークな触媒特性
  8. クロスカップリングの研究年表

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 室内照明で部屋をきれいに 汚れ防ぐ物質「光触媒」を高度化
  2. 文具に凝るといふことを化学者もしてみむとてするなり⑩:メクボール の巻
  3. リビングラジカル重合による高分子材料合成技術【終了】
  4. 有機銅アート試薬 Organocuprate
  5. 第90回―「金属錯体の超分子化学と機能開拓」Paul Kruger教授
  6. 酸化亜鉛を用い青色ダイオード 東北大開発 コスト減期待
  7. 第61回―「デンドリマーの化学」Donald Tomalia教授
  8. タンパクの「進化分子工学」とは
  9. 「誰がそのシャツを縫うんだい」~新材料・新製品と廃棄物のはざま~ 2
  10. P-キラルホスフィンの合成 Synthesis of P-chirogenic Phosphine

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
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031  

注目情報

最新記事

超塩基に匹敵する強塩基性をもつチタン酸バリウム酸窒化物の合成

第604回のスポットライトリサーチは、東京工業大学 元素戦略MDX研究センターの宮﨑 雅義(みやざぎ…

ニキビ治療薬の成分が発がん性物質に変化?検査会社が注意喚起

2024年3月7日、ブルームバーグ・ニュース及び Yahoo! ニュースに以下の…

ガラスのように透明で曲げられるエアロゲル ―高性能透明断熱材として期待―

第603回のスポットライトリサーチは、ティエムファクトリ株式会社の上岡 良太(うえおか りょうた)さ…

有機合成化学協会誌2024年3月号:遠隔位電子チューニング・含窒素芳香族化合物・ジベンゾクリセン・ロタキサン・近赤外光材料

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2024年3月号がオンライン公開されています。…

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 Part3

日本化学会年会の付設展示会に出展する企業とのコラボです。第一弾・第二弾につづいて…

ペロブスカイト太陽電池の学理と技術: カーボンニュートラルを担う国産グリーンテクノロジー (CSJカレントレビュー: 48)

(さらに…)…

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 Part2

前回の第一弾に続いて第二弾。日本化学会年会の付設展示会に出展する企業との…

CIPイノベーション共創プログラム「世界に躍進する創薬・バイオベンチャーの新たな戦略」

日本化学会第104春季年会(2024)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「世界に躍進…

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 Part1

今年も始まりました日本化学会春季年会。対面で復活して2年めですね。今年は…

マテリアルズ・インフォマティクスの推進成功事例 -なぜあの企業は最短でMI推進を成功させたのか?-

開催日:2024/03/21 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影…

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