システイン（Cysteine, Cys）を標的とするタンパク質修飾法はその信頼性から盛んに用いられているが、総じて以下に述べる問題点を有する。

• 高反応性の裏返しとして、複数のCysを区別した位置選択的反応を進行させ、均質修飾体を製造することが困難である。
• タンパク質中のCysはほとんどジスルフィドとして存在しており、unpairdなCysを活用するには、Cysを人為的に導入したリコンビナントタンパクの製造がしばしば必要になる。
• 汎用されるCys-マレイミド共役法は、その付加体が細胞内還元条件に不安定であるため、応用が限られる。
• 表面露出度の高いS-S結合は、タンパク質高次構造の安定性に関わる事が多く、還元的S-S切断→Cys修飾を行なうことで構造の不安定化が引き起こされがちである。

ジスルフィド架橋法(disulfide bridging)は、これらの問題点を解決するための方法論として考案された。もともとS-S結合だった部分を最少原子数で架橋することによって、安定かつ均質な修飾体が得られ、その高次構造もおおむね保持される。

基本文献

• Brocchini, S.; Balan, S.; Godwin, A.; Choi, J.-W. ; Zloh, M.; Shaunak, S. Nat. Protoc. 2006, 1, 2241. doi:10.1038/nprot.2006.346
• Zloh, M.; Shaunak, S.; Balan, S.; Brocchini, S. Nat. Protoc. 2007, 2, 1070. doi:10.1038/nprot.2007.119

<Review>

• Brocchini, S.; Godwin, A.; Balan, S.; Choi, J.-W.; Zloh, M.; Shaunak, S. Adv. Drug Delivery Rev. 2008, 60, 3. doi:10.1016/j.addr.2007.06.014
• Gunno, S. B.; Madder, A. ChemBioChem 2016, 17, 529. DOI: 10.1002/cbic.201500667
• Kuan, S. L.; Wang, T.; Weil, T. Chem. Eur. J. 2016, 22, 17112. DOI: 10.1002/chem.201602298

<Chemist’s Guide>

• Stephanopoulos, N.; Francis, M. B. Nat. Chem. Biol. 2011, 7, 876. doi:10.1038/nchembio.720
• deGruyter, J. N.; Malihns, L. R.; Baran, P. S. Biochemistry 2017, 56, 3863. DOI: 10.1021/acs.biochem.7b00536

反応例

様々な試薬が開発されており、安定性、収率、毒性、preactivation手順などにそれぞれ違いがある[1-7]。

テトラジンジクロリド試薬による架橋構造はSPAAC反応の足がかりとして機能しうる[8]。

パーフルオロベンゼン[9]、ジビニルスルホンアミド[10]などもステープルペプチドの合成目的に開発されている。

実験のコツ・テクニック

S-S結合の還元的切断には、トリス（2-カルボキシエチル）ホスフィン（TCEP）塩酸塩が用いられる。広範なpHで使用可能な点が特徴である（1.5 < pH < 8.5）。

ジチオスレイトール（DTT）もより強力な還元剤として頻用されるが、中性条件近傍（pH>7）でしか機能しない点、架橋試薬に対する反応性を持つ点などが欠点である。

参考文献

1. bissulfone: Shaunak, S.; Godwin, A.; Choi, J.-W. ; Balan, S.; Pedone, E.; Vijayarangam, D.; Heidelberger, S.; Teo, I.; Zloh, M.; Brocchini, S. Nat. Chem. Biol. 2006, 2, 312. doi:10.1038/nchembio786
2. disubstituted maleimide: (a) Smith, M. E. B.; Schumacher, F. F.; Ryan, C. P.; Tedaldi, L. M.; Papaioannou, D.; Waksman, G.; Caddick, S.; Baker, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1960. DOI: 10.1021/ja908610s (b) Schumacher, F. F.; Nobles, M.; Ryan, C. P.; Smith, M. E. B.; Tinker, A.; Caddick, S.; Baker, J. R. Bioconjugate Chem. 2011, 22, 132. DOI: 10.1021/bc1004685
3. monosubstituted maleimide: (a) Marculescu, C.; Kossen, H.; Morgan, R. E.; Mayer, P.; Fletcher, S.; Tolner, B.; Chester, K.; Jones, L. H.; Baker, J. R. Chem. Commun. 2014, 50, 7139. doi:10.1039/C4CC02107J (b) Richards, D. A.; Fletcher, S. A.; Nobles, M.; Kossen, H.; Tedaldi, L.; Chudasama, V.; Tinker, A.; Baker, J. R. Org. Biomol. Chem. 2016, 14, 455. doi:10.1039/C5OB02120K
4. Pfisterer, A.; Eisele, K.; Chen, X.; Wagner, M.; Müllen, K.; Weil, T. Chem. Eur. J. 2011, 17, 9697. DOI: 10.1002/chem.201100287
5. arsenic acid: Wilson, P.; Anastasaki, A.; Owen, M. R.; Kempe, K.; Haddleton, D. M.; Mann, S. K.; Johnston, A. P. R.; Quinn, J. F.; Whittaker, M. F.; Hogg, P. J.; Davis, T. P. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4215. DOI: 10.1021/jacs.5b01140
6. dibromopyridazinedione: (a) Chudasama, V.; Smith, M. E. B.; Schumacher, F. F.; Papaioannou, D.; Waksman, G.; Baker, J. R.; Caddick, S. Chem. Commun. 2011, 47, 8781. doi:10.1039/C1CC12807H (b) Maruani, A.; Smith, M. E. B.; Miranda, E.; Chester, K. A.; Chudasama, V.; Caddick, S. Nat. Commun. 2015, 6, 6645. doi:10.1038/ncomms7645 (c) Lee, M. T. W.; Maruani, A.; Baker, J. R.; Caddick, S.; Chudasama, V. Chem. Sci. 2016, 7, 799. doi:10.1039/C5SC02666K
7. UV-alkyne: Griebenow, N.; Dilma, A. M.;Greven, Å. S.; Brse, S. Bioconjugate Chem. 2016, 27, 911. DOI:10.1021/acs.bioconjchem.5b00682
8. Brown, S. P.; Smith, A. B. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4034. DOI: 10.1021/ja512880g
9. Spokoyny, A. M.; Zou, Y.; Ling, J. J.; Yu, H.; Lin, Y.-S.; Pentelute, B. L. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5946. DOI: 10.1021/ja400119t
10. Divinylsulfonamides: Li, Z.; Huang, R.; Xu, H.; Chen, J.; Zhan, Y.; Zhou, X.; Chen, H.; Jiang, B. Org. Lett. 2017, 19, 4972. DOI: 10.1021/acs.orglett.7b02464

関連書籍

外部リンク

• Cysteine-based conjugation
• ThioLogics
• Bioconjugation – Wikipedia
• The Caddick Research Group