Light-Gated Relay Catalysis to Chemically Identify Glycan-Protein Interactions
| Project Area | Regulation of membrane dynamics by glycan chemical knock-in |
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| Project/Area Number |
21H05076
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Hokkaido University (2022-2023)
Kyoto University (2021) |
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Principal Investigator |
浅野 圭佑 北海道大学, 触媒科学研究所, 准教授 (90711771)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
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| Keywords | 光駆動リレー触媒 / 糖鎖-タンパク質相互作用 / 時空間選択的標識 / シクロオクテン / ハロゲン化反応 / 光駆動触媒 |
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| Outline of Research at the Start |
膜タンパク質上の糖鎖と相互作用する生体分子を検出する技術を開発し、生体機能制御の基盤になる膜タンパク質の動態を理解する。分子サイズが大きい生化学ツールによる特異的標識反応では、膜タンパク質本来の機能が損なわれ、検出精度が低い。また、従来の化学的標識法は生体侵襲性が高い。本研究では、サイズが小さい生体適合触媒による光駆動リレー反応と極小タンパク質タグを複合し、生体侵襲性も低減した標識技術を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は、実験と計算による反応機構解析を通して触媒活性の詳細を理解することで、シクロオクテン触媒の活性が置換基により制御可能なことを見いだし、既に報告したシクロオクテン触媒（ACIE 2018, 57, 13863）と比較してもさらに劇的に高活性になった二官能性シクロオクテン触媒を開発した。今年度は、開発した二官能性シクロオクテン触媒がどのように高い活性を生み出しているかを知るために、さらに対照実験や計算化学的解析を積み重ねて、触媒作用に関する理解を深めた。また、この二官能性触媒はトランスシクロオクテンよりも合成および取り扱いが容易なシスシクロオクテンにも高い活性を与え、実用的な触媒の創出にもつながった。さらに、二官能性シクロオクテン触媒を利用した芳香族臭素化反応を開発し、これをチロシン側鎖の臭素化反応にも展開した。本反応はチロシン残基を含むペプチドにも適用できた。
また、二官能性シクロオクテン触媒の活性が置換基の保護・脱保護により制御できることを利用して、光分解性保護基を付けることで光照射により系内で活性化できる光駆動触媒を開発した。2021年度は紫外光で駆動できる触媒を開発したが、今年度は光分解性保護基をさらに改良することで可視光でも駆動できる触媒を開発した。本触媒は、生体分子標識に必要な反応の時空間制御に利用可能である。
さらに、触媒開発だけではなく、生理的条件（水系溶媒、反応温度37 ℃）にてバックグラウンド反応は起こさないが、特定の条件では速やかに反応する生体適合臭素化剤も独自に開発した。この反応剤を光駆動シクロオクテン触媒により活性化する反応の開発にこれまで注力してきたが、今年度はさらにこの反応剤自体を光照射により活性化できることも新たに見つけ、当初の計画とは異なる形式の触媒的光化学反応による生体分子標識の方法論を新たに見いだした。
これらの研究成果に関しては学会にて既に発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた研究計画から戦略を少し変更したが、概ね良い結果を得ており、その方向性で当初の目的にも着実に近づいている。また、触媒開発だけではなく反応剤開発にも研究を展開でき、目的とする生体適合反応の実現に想定以上に近づいた。この反応剤自体の光化学的反応性も新たに見いだし、目的実現のための基盤反応技術のコンセプトはさらに拡張した。このように研究構想が広がっている内容もあり、全体として研究は概ね順調に進展していると考えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
アミノ酸・ペプチドの反応に対して開発した触媒・反応剤を利用して、タンパク質の修飾反応を開発する。また、標識技術においてアンテナになる光触媒を介して光駆動シクロオクテン触媒を活性化できるリレー触媒系の構築も進める。さらに、独自開発した反応剤の光化学的反応性を利用する戦略においても、アンテナになる光触媒を介した活性化法を模索する。特に、生体侵襲性を低減するために長波長領域での活性制御を目指す。また、これらの触媒反応技術を利用してタンパク質の近接標識法を開発する。
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Report
(2 results)
Research Products
(35 results)
