Development of small molecule fluorescent compounds and elaboration of fluorescent probe for periodontal bacteria
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19K05740
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 37030:Chemical biology-related
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| Research Institution | Setsunan University |
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Principal Investigator |
表 雅章 摂南大学, 薬学部, 教授 (90299032)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
軽尾 友紀子 摂南大学, 薬学部, 助教 (30826235)
伊藤 潔 摂南大学, 薬学部, 教授 (50201926)
船曳 一正 岐阜大学, 工学部, 教授 (50273123)
谷 敬太 大阪教育大学, 教育学部, 教授 (60207165)
河合 健太郎 摂南大学, 薬学部, 准教授 (60826246)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | 蛍光性化合物 / フッ素 / アニリン / 小分子 / 酵素活性プローブ / プロリルトリペプチジルアミノペプチダーゼ / 蛍光プローブ / アニリン誘導体 / 歯周病菌 |
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| Outline of Research at the Start |
アミノ基の隣に3,3,3-trifluoroprop-1-enyl（TFPE）基が導入されたアニリン誘導体（TFPE-aniline）は蛍光性を示し、これを基本骨格にした誘導体のいくつかは水中でも高い蛍光性を保つ。このような小さな蛍光性化合物は立体障害が少ないため、基質特異性の高い酵素反応を可視化する蛍光プローブの蛍光団に適する。本研究では、TFPE-aniline誘導体が優れた蛍光性をもつ理由を化学的に解明し、水中で使用できる小さな蛍光団として、歯周病菌が産生する基質特異性の高いプロテアーゼの蛍光プローブを創製する
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子サイズが小さく、水中でも蛍光性を保つ蛍光団の開発を目指し、これまでに幾つかの候補化合物を合成してきた。なかでも、2位にCH=CHCF3基（TFPE基）、5位にCN基を有するアニリン「5-CN-TFPEaniline」が、水中で発光できる蛍光団として極めて優秀なスコアを示した。通常、蛍光団は有機溶媒中で蛍光性を示しても、水系溶媒中では水素結合により蛍光性が相殺され、光らない。一方、当該の蛍光団は、水系溶媒中の蛍光量子収率が0.89であり、分子サイズからは考えられない蛍光性を有する。この特性を活かすべく、現在、5-CN-TFPEanilineを蛍光団に用いて、歯周病菌が産生するプロテアーゼの蛍光プローブ創製に取り組んでいる。歯周病菌は、加水分解酵素プロリルトリペプチジルアミノペプチダーゼ（PTP）を産生して活動するが、PTPは基質特異性が高く大きな蛍光団では酵素反応を妨げるため、PTPの酵素活性用蛍光プローブはこれまでに開発されていない。これまでの蛍光団とは異なり、5-CN-TFPE-anilineの小さな分子サイズ、水中で強い蛍光を発する蛍光性を利用すれば、PTPの蛍光プローブが創製できると考え、Gly-Phe-Pro-[5-CN-TFPEaniline]をターゲットプローブとし、それぞれの合成に着手した。2022年度の実績として、ターゲットプローブの合成は達成できた。また、ターゲットプローブを用いてPTP活性測定も実施できたが、選択した基質にアミノ酸配列が適切ではないことが分かり、現在、別のターゲットプローブの合成を行っている。この結果については、「第72回日本薬学会関西支部総会・大会」および「第45回フッ素化学討論会」にてポスター発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ターゲットプローブ「Gly-Phe-Pro-[5-CN-TFPEaniline]」の合成は、適切に保護されたジペプチド「Gly-Phe」に、あらかじめプロリンに蛍光団を縮合させた「Pro-[5-CN-TFPEaniline]」をカップリングする方法により、合成した。つまり、N-Boc-GlyのC末端をBTH化した後にPheと縮合させることで、問題なくGly-Phe部分を合成できた。一方、プロリンと蛍光団の縮合は進行し難く、種々の縮合剤を検討したところ、ProのC末を酸塩化物に変換後、DMAPの存在下で蛍光団を縮合させる経路により、Pro-[5-CN-TFPEaniline]部分を得ることができた。両者の縮合は、Gly-PheのC末をBTH化で活性化することで問題なく進行し、脱保護後、目的のGly-Phe-Pro-[5-CN-TFPEaniline]を得ることができた。同様の手法により、蛍光団にAMCをもつ「Gly-Phe-Pro-[AMC]」も得ることができた。続いて、得られた両蛍光プローブを用いてPTPの酵素活性を測定したところ、蛍光団にAMCをもつプローブは低感度ながらPTPの酵素活性を測定することができたが、蛍光団に[5-CN-TFPEaniline]をもつプローブでは、PTPの酵素活性を正しく測定できなかった。この結果から、両蛍光プローブとPTPのドッキングシミュレーションを行ったところ、Phe-Pro-[5-CN-TFPEaniline]のTFPE基がPheの側鎖と立体的に反発し、AMCの場合に比べてトリペプチド部分が捻じれており、酵素基質としての反応性が低下していることが分かった。このため、新たな蛍光プローブとして、トリペプチドのPheをGlyに置き換えた「Gly-Gly-Pro-[5-CN-TFPEaniline]を新たなターゲットとし、目下合成中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
PTPの蛍光プローブとして、トリペプチド「Gly-Phe-Pro」を「Gly-Gly-Pro」とした新たなプローブを合成する。PheをGlyに置き換えることにより、5-CN-TFPEanilineのTFPE基とPheの立体反発を避けることができ、トリペプチドの捻じれも解消できる。新たなターゲット「Gly-Gly-Pro-[5-CN-TFPEaniline]」はこれまでのものと比べて立体反発が少ない分、合成しやすく、既に確立した合成経路により問題なく合成が可能と考えている。同経路により、AMCを蛍光団にもつ新たな蛍光プローブ「Gly-Gly-Pro-[AMC]」も合成し、両プローブともにPTP活性を測定することで、蛍光団の違いによるプローブ性能を評価する。
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Report
(4 results)
Research Products
(4 results)
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[Journal Article] Synthesis of Small Fluorescent Molecules and Evaluation of Photophysical Properties2020
Author(s)
Futa Ogawa, Yukiko Karuo, Ryuji Yamazawa, Kanae Miyanaga, Kazushige Hori, Keita Tani, Kengo Yamada, Yuki Saito, Kazumasa Funabiki, Atsushi Tarui, Kazuyuki Sato, Kiyoshi Ito, Kentaro Kawai, and Masaaki Omote*
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Journal Title
The Journal of Organic Chemistry
Volume: 85
Issue: 2
Pages: 1253-1258
DOI
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Peer Reviewed
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