[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

生命の起源に迫る水中ペプチド合成法

[スポンサーリンク]

原始地球の環境に類似した条件下でペプチド合成可能なアミノニトリルライゲーションが発見された。極めて化学選択性が高く、タンパク質を構成する20種のアミノ酸全てに対して適用できる。

生命の起源

生命活動の中心を担うアミノ酸、ペプチドは生命が誕生する前に存在していたはずである。
生命が誕生したとされる舞台は海中であり、そこでどのように前生物的(prebiotic)にアミノ酸やペプチドが合成されたのか、その起源に迫る研究はロマンに溢れる。ユーリー・ミラーのアミノ酸合成が生命の起源に迫る実験として有名であるが、それらアミノ酸からどのようにペプチドを形成するかについての論争は耐えない。その一つの答えとして注目されていたのがα-アミノニトリル(AA-CN)である。
AA-CNは重合など、ニトリル部位の変換を経てペプチドとなりうると期待されてきた。しかし、この変換には強酸性や高熱などの厳しい条件を要し、自然界の中性条件下でアミノニトリルからペプチドを形成する手法は明らかではなかった(図1A)[1]
一方で、Orgelらは以前、α-アミノチオカルボン酸(AA-SH)が生合成におけるチオエステルの前駆体であると提唱した[2]。AA-SHは求電子的もしくは酸化的活性化によりライゲーション可能であると期待できるが[3a]、海中のような中性pH条件下ではライゲーションに対して不活性であった。
より重要な課題として、AA-SHの前生物的な合成の解明は完全ではない。N-カルボキシル無水物(NCAs)からAA-SHを合成する手法が報告されたが、水中では加水分解が進行してしまう(図1B)[3b,c]
今回、ロンドン大学のPowner教授らは、Orgelらも以前提唱していたAA-CNとH2Sとのチオリシスによるチオアミドを経由するAA-SH合成法に着目した。AA-CNをアシル化したAc-AA-CNを用いて、原始環境下でも存在していたフェリシアニド(K3[Fe(CN)6])などのチオカルボン酸活性化剤存在下H2Sを反応させることで、水中でα-ペプチドを生成するAA-CNライゲーションが進行することを発見したので紹介する(図1C)。

図1. (A) アミノニトリルのポリマー化 (B) NCAからAA-SHの合成 (C) 今回のAA-CNライゲーション

 

“Peptide ligation by chemoselective aminonitrile coupling in water”
Canavelli, P.; Islam, S.; Powner, M. W. Nature 2019,571, 546.
DOI: 10.1038/s41586-019-1371-4

論文著者の紹介


研究者:Matthew W. Powner
研究者の経歴:
-2005 BSc, MChem University of Manchester (Prof. David J. Proctor)
2005-2009 Ph.D, University of Manchester (Prof. John Sutherland)
2009-2011 Posdoc, Harvard Medical School (Prof. Jack W. Szostak)
2012-2015 Senior Lecturer at University College London
2015- Reader at University College London
研究内容:生命の起源に関する研究、光化学、多成分反応

論文の概要

本AA-CNライゲーションにおいて重要となるのが、まずアシルα-アミノニトリル(Ac-AA-CN)を用いることである。このAc-AA-CNはフェリシアニド存在下AA-CN (1)とチオ酢酸から簡便に合成できた(図2A)。
このアシル化体を用いることで①H2Sを用いたニトリルのチオリシスによるチオアミドの生成、②チオアミドの加水分解と、続くチオカルボン酸の活性化剤存在下でAA-CNのライゲーションが円滑に進行する。
①に関しては、詳細な議論はされていないものの、H2Sを用いて水中(pH 9)でAc-Gly-CNとGly-CNやMeCNなどの競争実験を行った結果、高化学選択的にAc-Gly-SNH2が得られたことから、アシル基の有用性が強調されている(図2B)。
②に関して、チオアミド(AA-SNH2)の加水分解の際、アシル化体ではチオカルボン酸(Ac-AA-SH)が良好な収率で得られる(図2C)。これに対し、アシル基がない場合ではチオカルボン酸は得られず、ジケトピペラジン(DKP)などが副生した。このAc-AA-CNを用いることで、著者らは計9種のAc-AA-SHの合成に成功した。
このようにして生成したAc-AA-SHは、酸化剤(フェリシアニド)を用いて活性化することでAA-CNやアミノ酸などとライゲーションできる(図2D)。
特筆すべき点は高い化学選択性である。例えばアミノ残基をもつAc-Lys-SHとAA-CNのライゲーションにおいて、側鎖上のアミノ基は反応せず、AA-CNのアミノ基での化学選択的なライゲーションができる。このときに重要となるのが、pHとアミノ基共役酸のpKa(pKaH)との相関であるが、詳細は論文を参照してほしい。この高い化学選択性により、AA-CNだけでなく20種の必須アミノ酸(AA)自体もAc-AA-SHとライゲーション可能である。いずれのAAも保護基を必要とせずともライゲーションできる。また、フラグメントライゲーションも可能であり、最大で11残基をもつペプチドの合成にも成功している。
以上、原始環境下に近い条件下(水中、中性)、ペプチド合成が可能なAA-CNライゲーション法が開発された。議論の耐えない生命の起源に関して、一石を投じる報告である。

図2. (A)AA-CNのアシル化 (B)チオリシスの化学選択性(競争実験) (C)チオアミドの加水分解 (D) Ac-AA-SHと各AA-Xのライゲーション

参考文献

  1. Hanafusa, H.; Akabori, S. Bull Chem. Soc. Jpn.1959, 32, 626. DOI: 10.1246/bcsj.32.626
  2. [a] Liu, R.; Orgel, L. E. Nature1997, 389, 52. DOI: 1038/37944[b] Maurel, M. C.; Orgel, L. E. Orig. Life Evol. Biosph. 2000, 30, 423. DOI: 10.1023/A:1006728514362
  3. [a]Okamoto, R.; Haraguchi, T.; Nomura, K.; Maki, Y. Izumi, M.; Kajihara, Y. Biochemistry 2019,58, 1672. DOI: 1021/acs.biochem.8b01239[b] Leman, L.; Orgel, L.; Ghadiri, M. R. Science2004, 306, 283. DOI:10.1126/science.1102722[c] Leman, L. J.; Ghadiri, M. R. Synlett 2017,28, 68. DOI: 10.1055/s-0036-1589410
The following two tabs change content below.
山口 研究室
早稲田大学山口研究室の抄録会からピックアップした研究紹介記事。

関連記事

  1. CRISPRで薬剤分子-タンパク相互作用を解明する
  2. 耐薬品性デジタルマノメーター:バキューブランド VACUU・VI…
  3. 製薬業界における複雑な医薬品候補の合成の設計について: Natu…
  4. アジリジンが拓く短工程有機合成
  5. 「アニオン–π触媒の開発」–ジュネーブ大学・Matile研より
  6. 冬虫夏草由来の画期的新薬がこん平さんを救う?ーFTY720
  7. 最も引用された論文
  8. 化学研究ライフハック:化学検索ツールをあなたのブラウザに

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 使い方次第で猛毒、薬に
  2. スケールアップ検討法・反応・晶析と実験のスピードアップ化【終了】
  3. Chem-Stationついに7周年!
  4. Practical Functional Group Synthesis
  5. 野崎・檜山・岸カップリング反応 Nozaki-Hiyama-Kishi (NHK) Coupling
  6. UCリアクター「UCR-150N」:冷媒いらずで-100℃!
  7. 化学企業のグローバル・トップ50が発表【2018年版】
  8. 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 ⑦:「はん蔵」でラクラク捺印の巻
  9. ひらめききらめく:/1 「創」のとき、夢の鼓動 /北海道
  10. 触媒のチカラで不可能を可能に?二連続不斉四級炭素構築法の開発

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

ジャーナル編集ポリシーデータベース「Transpose」

およそ3000誌のジャーナル編集ポリシーをまとめたデータベース「Transpose」が、この6月に公…

有機合成化学協会誌2019年9月号:炭素–水素結合ケイ素化・脱フッ素ホウ素化・Chemically engineered extracts・クロロアルケン・ニトレン

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2019年9月号がオンライン公開されました。ま…

塗る、刷る、printable!進化するナノインクと先端デバイス技術~無機材料と印刷技術で変わる工業プロセス~

お申込み・詳細はこちら開催日時2019年10月18日(金) 10:30~16:50受講料…

5歳児の唾液でイグ・ノーベル化学賞=日本人、13年連続

人を笑わせ、考えさせる独創的な研究を表彰する「イグ・ノーベル賞」の授賞式が米東部マサチューセッツ州の…

アジサイの青色色素錯体をガク片の中に直接検出!

第219回のスポットライトリサーチは、名古屋大学 大学院情報科学研究科(吉田研究室)・伊藤 誉明さん…

高純度フッ化水素酸のあれこれまとめ その2

Tshozoです。前回のつづき。これまではフッ化水素の背景と合成について主に述べましたが、後半は用途…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP