[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

光で2-AGの量を制御する

[スポンサーリンク]

ケージド化合物を用いた2-AG量の操作法が初めて開発された。2-AG量を時空間的に操作することができる点から、細胞生物学での応用が期待できる。

 2-アラキドノイルグリセロール

内因性カンナビノイドである2-アラキドノイルグリセロール(2-AG, 1)は、Gタンパク質共役カンナビノイド受容体の一種であるCB1とCB2のリガンドである(図1A)。
下流のシグナル伝達系は我々の気分、食欲、痛覚またはインスリン分泌などを調節している。細胞内における2-AG量の調節には様々な試みがなされてきた。
2009年Liu教授らはリパーゼ阻害剤を用いて2-AG量の調節を試みたが、他のグリセロール量にも影響する手法であった(1)
一方、光で除去可能な保護基(PRPG)をもつケージド化合物は、生理活性分子の存在量を直接制御する目的でこれまで広く利用されてきた。ケージド化合物はUVを照射するだけで生理活性分子を放出できるため、目的の生理活性分子の作用するタイミングを制御することができる。これまでに著者らは、クマリン誘導体を連結したアラキドン酸(2)およびスフィンゴシン(3)がケージド化合物として利用できること明らかにした(図1B)(2)。しかし、ジオールをクマリン誘導体で保護する場合環状アセタールの環員数が光脱保護(アンケージング)に影響する。Lawrenceらの報告によれば、五員環アセタール(4, 5)のアンケージングは可能だが、六員環アセタール(6, 7)は光耐性を示す(図1C)(3)。そのため、クマリンを連結した1,3-ジオールをケージド化合物として利用した報告例はなかった。
今回、Schultzらは、「ケージド」2-アラキドノイルグリセロール(cg2-AG, 8)を合成し、光照射によって細胞内の2-AG量を制御する手法を開発した(図1D)。六員環アセタール上のエステルがアンケージング成功の鍵であった。また、PRPGとして蛍光分子であるクマリンを用いることで、蛍光を観察するだけで2-AGの放出を追跡することができる。

図1. A.2-AGの構造 B. 著者らが報告したケージド化合物の例C. ジオール類のケージド化合物D. cg2-AGのアンケージング

 

“Photorelease of 2Arachidonoylglycerol in Live Cells”
Laguerre, A.;Hauke, S.; Qiu, J.; Kelly, M.J.; Schultz, C.J. Am. Chem. Soc.2019,141,16544-16547.
DOI: 10.1021/jacs.9b05978

論文著者の紹介


研究者:Carsten Schultz
研究者の経歴:
1986-1989 Ph.D., Chemistry, Bremen University, Germany (Prof. Bernd Jastorff)
1990-1993 Postdoc, Pharmacology, University of California San Diego, USA (Prof. Roger Y. Tsien)
1993-1996 Habilitation Fellow, Bremen University, Germany (Prof. Bernd Jastorff)
1996-2000 Researcher, Bremen University, Germany (Prof. Bernd Jastorff)
2000-2001 Group leader, Max-Planck-Institute for Molecular Physiology in Dortmund, Germany 2001- Group Leader, European Molecular Biology Laboratory, Germany
2016- Professor, Oregon Health and Science University, USA
研究内容:シグナル伝達の理解に向けたツール開発

論文の概要

著者らはまずcg2-AGの合成を行った。出発物質である7-ジエチルアミノ-4-メチルクマリン(10)をDMAと反応させた後、NaIO4により酸化し12を得た。その後、12にグリセリンを作用させてアルコール13を合成した。最後にアラキドン酸との縮合によりcg2-AGを得た(図2A)。
次にアンケージングの条件検討を行い、8のアンケージングには水および375 nmの光照射が必要であることを確認した。また、9は殆ど蛍光を発しない。これらのことから、407 nmの光照射で蛍光の減少を観測することで2-AGの放出の追跡ができることを示した(図2B)。
続いて、CB1およびCB2を発現するマウスb細胞株MIN6を用いた実験を行った。cg2-AGで処理したMIN6に375 nmの光を当てると蛍光発光強度が著しく減少した。一方、アルコール13で処理したMIN6では変化がなかったため、cg2-AGのエステル部位がアンケージングの鍵となることがわかった。(図2C)。
内因性カンナビノイドはCB1を活性化し細胞内Ca2+濃度を上昇させる。そこで、著者らは光照射前後におけるCa2+濃度変化を調べた(図2D)。cg2-AGで処理したMIN6細胞のCa2+濃度は光を照射したのみ上昇した。CB1アンタゴニストであるリモナバンド存在下培養した細胞では、Ca2+濃度が確認できなかったことから、アンケージングされたcg2-AGはCB1を特異的に活性化することが示された。また、cg-2AGで処理したMIN6細胞の膜電位の変化から、2-AGがCB1の活性化を通じてGタンパク質活性化カリウムチャネル(GIRK)の開閉に関与することも示した(図2E)。

図2. A. cg2-AGの合成 B. cg2-AGとアルコール13のUV/visスペクトル C. cg2-AGまたはアルコール13で処理したMIN6の共焦点顕微鏡写真 D. cg2-AGのCa2+に対する影響E. カリウム移動により誘起された電流(一部論文より引用)

 

以上、光で除去可能な保護基をもつ「ケージド」2-アラキドノイルグリセロールによる2-AG量の調節法が開発された。2-AG量を時空間的に操作することができる点から、細胞生物学での応用が期待できる。

参考文献

  1. Pan, B.; Wang, W.; Long, J. Z.; Sun, D.; Hillard, C. J.; Cravatt, B. F.; Liu, Q.-S. Blockade of 2-Arachidonoylglycerol Hydrolysis by Selective Monoacylglycerol Lipase Inhibitor 4-Nitrophenyl 4-(Dibenzo- [d][1,3]dioxol-5-yl(hydroxy)methyl)piperidine-1-carboxylate (JZL184) Enhances Retrograde Endocannabinoid Signaling. J. Pharmacol. Exp. Ther. 2009,331,591-597. DOI: 10.1124/jpet.109.158162
  2. (a) Nadler, A.; Yushchenko, D. A.; Müller, R.; Stein, F.; Feng, S.; Mulle, C.; Carta, M.; Schultz, C. Exclusive Photorelease of Signalling Lipids at the Plasma Membrane. Nat. Commun. 2015,6,10056. DOI: 10.1038/ncomms10056 (b) Höglinger, D.; Haberkant, P.; Aguilera-Romero, A.; Riezman, H.; Porter, F. D.; Platt, F. M.; Galione, A.; Schultz, C. Intracellular Sphingosine Releases Calcium from Lysosomes.eLife 2015, 4,No. e10616. DOI: 10.7554/eLife.10616
  3. Lin, W.; Lawrence, D. S. A Strategy for the Construction of Caged Diols Using a Photolabile Protecting Group. J. Org. Chem.2002,67,2723-2726. DOI: 10.1021/jo0163851

 

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. わずか6工程でストリキニーネを全合成!!
  2. アラインをパズルのピースのように繋げる!
  3. タンパク質の構造を巻き戻す「プラスチックシャペロン」
  4. 化学の力で複雑なタンパク質メチル化反応を制御する
  5. 続・企業の研究を通して感じたこと
  6. −(マイナス)と協力して+(プラス)を強くする触媒
  7. 色の変わる分子〜クロミック分子〜
  8. こんな装置見たことない!化学エンジニアリングの発明品

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. レビュー多くてもよくね?
  2. 福山還元反応 Fukuyama Reduction
  3. ノバルティス、米カイロンを5000億円で完全子会社に
  4. コラボリー/Groups(グループ):サイエンスミートアップを支援
  5. なぜ青色LEDがノーベル賞なのか?ー性能向上・量産化編
  6. シュワルツ試薬 Schwartz’s Reagent
  7. ベンジルオキシカルボニル保護基 Cbz(Z) Protecting Group
  8. 4-tert-ブチル-2,6-ジメチルフェニルサルファートリフルオリド:4-tert-Butyl-2,6-dimethylphenylsulfur Trifluoride
  9. グラフィカルアブストラクト付・化学系ジャーナルRSSフィード
  10. C60MC12

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

“秒”で分析 をあたりまえに―利便性が高まるSFC

分析化学に携わったことのある方は、「超臨界流体クロマトグラフィー」、略して「SFC」のことをご存知な…

第50回―「糖やキラル分子の超分子化学センサーを創り出す」Tony James教授

第50回の海外化学者インタビューは、トニー・ジェームズ教授です。英国バース大学の化学科で超分子化学の…

光/熱で酸化特性のオン/オフ制御が可能な分子スイッチの創出に成功

第244回のスポットライトリサーチは、北海道大学大学院総合化学院・林 裕貴さんにお願いしました。…

続・企業の研究を通して感じたこと

自分は、2014年に「企業の研究を通して感じたこと」という記事を執筆しましたが、それから5年が経ち、…

第49回―「超分子の電気化学的挙動を研究する」Angel Kaifer教授

第49回の海外化学者インタビューは、エンジェル・カイファー教授です。マイアミ大学化学科で超分子系電気…

日本化学会 第100春季年会 市民公開講座 夢をかなえる科学

■ 概要企画名:    市民公開講座 夢をかなえる科学主催:        公益社団法人…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP