[スポンサーリンク]

chemglossary

抗体触媒 / Catalytic Antibody

[スポンサーリンク]

触媒はそれ自身変化しないが、化学反応の仲立ちとなって、反応速度を速めたり遅らせたりする物質である。とくに生物の免疫機構によって生成される抗体が触媒として働くとき、それを抗体触媒(Catalytic Antibody)と呼称する[1]。現在ではAbzymeと呼ばれることもある。

歴史

1948年Linus Paulingは、 自らの「鍵と鍵穴」理論、すなわち「酵素は触媒する反応の遷移状態アナログに相補的な分子である」という仮説[2]を提示した。

これに沿う形で1969年Wjlliam P. Jenckshは、「反応の遷移状態アナ ログをハプテンと して得 られた抗体の結合部位は、酵素と同様に反応を加速する」とい う理論を提唱した[3]。しかし、モノクローナル抗体製造技術の未成熟さなどを背景に、この考え方は長らく進歩を見せなかった。

1986年にPeter SchultzRichard Lernerのグループにより、抗体が化学反応を触媒できることが世界で初めて示された[4]。

この報告を契機に、抗体触媒は幅広い分野の科学者の注目を集めた。

原理

上述の通り抗体触媒は、酵素と同様、反応遷移状態を安定化させる(反応の活性化エネルギーを下げる)ということが駆動原理となっている。

すなわち化学反応の遷移状態模倣分子をデザインし、それをハプテンとした抗原をマウスへ投与、モノクローナル抗体を免疫応答によってつくりだす。こうして得られた抗体が触媒として機能する。このハプテンとしては例えば、エステル加水分解反応に対してはリン酸などが汎用されている。

画像はこちらより引用

画像はこちらより引用

反応ごとに適切なハプテンをデザインできれば、原理的にはどのような化学反応でも対応する抗体触媒が製造可能なはずであるため、オーダーメイド人工触媒を生み出す一般手法になると当時は考えられた。

有機合成への利用

Barbas、Lernerらは、1995年にアルドール反応を触媒する抗体触媒を作製した[5]。代表的な抗体触媒38C2、33F12の結果を以下に示す。抗体とβジケトンから形成されるエナミンを遷移状態模倣として捉えている。

余談であるが、ここから得られた発想が、後のプロリン有機触媒という世界的ブレイクスルーに結びついている。

画像はこちらより引用

画像はこちらより引用

38C2が触媒するアルドール反応(画像はこちらより引用)

38C2が触媒するアルドール反応とその応用(画像はこちらより引用)

問題点

コンセプトは優れているが現実的に数多くの問題があるため、物質製造目的にはこれまでほとんど実用されていない。

  • 抗体は免疫応答を利用して製造されるため、スクリーニング・最適化に多くの時間がかかる
  • 大量の抗体を得ることが困難である
  • 抗体の分子量が大きいため、反応を行う際には基質に比して大量用いなければならない
  • 抗体が変性しない条件(通常は生理的条件)を越境した条件を使うことができない
  • 特定の反応を除き、触媒活性がさほど高くない

医薬応用を見据えた取り組み

近年の抗体医薬台頭の潮流を受け、抗体触媒概念は再注目を集める可能性がある。以下はコカインを加水分解して無毒化する抗体触媒のデザインである[6]。

catalytic_antibody_2

 

 (※以前より公開されていた記事を加筆修正し、ブログに移行したものです)

関連文献

  1. Review: (a) Shokat, K. M.; Shultz, P. G. Ann. Rev. Immunol. 1990, 8, 335. DOI: 10.1146/annurev.iy.08.040190.002003 (b) 池田昇司, Kim D. Janda, 有機合成化学協会誌, 1993, 51, 284. doi:10.5059/yukigoseikyokaishi.51.284 (c) Schultz, P. G.; Lerner, E. A. Science 1995, 269, 1835. DOI: 10.1126/science.7569920 (d)藤井 郁雄, 円谷 健, 化学と生物 1998, 36, 778. doi:10.1271/kagakutoseibutsu1962.36.778
  2. Pauling, L. Am. Sci. 194836, 51.
  3. Jencks, W. Catalysis in Chemistry andEnzymology, McGraw-Hill, New York , 1969, p.288
  4. (a) Pollack, S. J.; Jacobs, J. W.; Schultz, P. G. Science 19862341570–1573. DOI: 10.1126/science.3787262 (b) Tramontano, A.; Janda, K. D.; Lerner, R. A.  Science 19862341566–1570. DOI:10.1126/science.3787262
  5. (a) Wagner, J.; Lerner, R.; Barbas, C., III, Science 1995, 270, 1797. DOI: 10.1126/science.270.5243.1797 (b) Barbas,C., III,; Heine, A.; Zhong, G.; Hoffmann, T.; Gramatikova, S.; Bjornestedt, R.; List, B.; Anderson, J.; Stura, E.; Wilson, I.; Lerner, R. Science 1997, 278, 2085. DOI: 10.1126/science.278.5346.2085 (c) Hoffmann, T.; Z hong, G.; List, B.; Shabat, D.; Anderson, J.; Gramatikova, S.; Lerner, R.; Barbas, C., III,  J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 2768. DOI: 10.1021/ja973676b
  6. Deng, S. X.; de Prada, P.; Landry, D. W. J. Immunol. Methods, 2002269, 299. doi:10.1016/S0022-1759(02)00237-5

関連書籍

[amazonjs asin=”3527306889″ locale=”JP” title=”Catalytic Antibodies”]

関連リンク

Avatar photo

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. 液体キセノン検出器
  2. リード指向型合成 / Lead-Oriented Synthes…
  3. 核酸合成試薬(ホスホロアミダイト法)
  4. 陽電子放射断層撮影 Positron Emmision Tomo…
  5. 国連番号(UN番号)
  6. 原子間力顕微鏡 Atomic Force Microscope …
  7. 活性ベースタンパク質プロファイリング Activity-Base…
  8. エレクトロクロミズム Electrochromism

注目情報

ピックアップ記事

  1. 「ソーシャルメディアを活用したスタートアップの価値向上」 BlockbusterTOKYO 2020 第9回 研修プログラムを実施!
  2. カーボンニュートラル材料とマテリアルズ・インフォマティクス活用で実現するサステナブル社会
  3. 不斉をあざ(Aza)やかに(Ni)制御!Aza-Heck環化/還元的カップリング
  4. 会社説明会で鋭い質問をしよう
  5. 100円で買えるカーボンナノチューブ
  6. Louis A. Carpino ルイス・カルピノ
  7. 炭素繊維は鉄とアルミに勝るか? 1
  8. 3Mとはどんな会社?
  9. マテリアルズ・インフォマティクスの導入・活用・推進におけるよくある失敗とその対策とは?
  10. ディールス・アルダー反応 Diels-Alder Reaction

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2016年2月
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
29  

注目情報

最新記事

理研の研究者が考える未来のバイオ技術とは?

bergです。昨今、環境問題や資源問題の関心の高まりから人工酵素や微生物を利用した化学合成やバイオテ…

水を含み湿度に応答するラメラ構造ポリマー材料の開発

第651回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院工学研究科(大内研究室)の堀池優貴 さんにお願い…

第57回有機金属若手の会 夏の学校

案内:今年度も、有機金属若手の会夏の学校を2泊3日の合宿形式で開催します。有機金…

高用量ビタミンB12がALSに治療効果を発揮する。しかし流通問題も。

2024年11月20日、エーザイ株式会社は、筋萎縮性側索硬化症用剤「ロゼバラミン…

第23回次世代を担う有機化学シンポジウム

「若手研究者が口頭発表する機会や自由闊達にディスカッションする場を増やし、若手の研究活動をエンカレッ…

ペロブスカイト太陽電池開発におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用

持続可能な社会の実現に向けて、太陽電池は太陽光発電における中心的な要素として注目…

有機合成化学協会誌2025年3月号:チェーンウォーキング・カルコゲン結合・有機電解反応・ロタキサン・配位重合

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2025年3月号がオンラインで公開されています!…

CIPイノベーション共創プログラム「未来の医療を支えるバイオベンチャーの新たな戦略」

日本化学会第105春季年会(2025)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「未来の医療…

OIST Science Challenge 2025 に参加しました

2025年3月15日から22日にかけて沖縄科学技術大学院大学 (OIST) にて開催された Scie…

ペーパークラフトで MOFをつくる

第650回のスポットライトリサーチには、化学コミュニケーション賞2024を受賞された、岡山理科大学 …

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