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ynthesis of modified protein using chemoselective ligation between d-selenolysine and selenoester

Research Project

Project/Area Number 21K05311
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 37030:Chemical biology-related
Research InstitutionKochi University

Principal Investigator

和泉 雅之  高知大学, 教育研究部総合科学系複合領域科学部門, 教授 (80332641)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywordsタンパク質化学合成 / δ-セレノリシン / ユビキチン / 環状セレノエステル / ジセレニド結合 / 化学選択的縮合反応 / セレン / リシン
Outline of Research at the Start

タンパク質中のリシン側鎖アミノ基のユビキチン化は、不要タンパク質の分解、DNA修復、炎症、アポトーシスなど多彩な生理活性に関わっており、がん化や神経変性疾患の原因ともなることから、その機能解明のプローブとなるユビキチン化タンパク質プローブの精密化学合成研究が盛んに行われている。本研究では、研究代表者が独自に開発しているδ-セレノリシンを用いたユビキチン化反応を発展させ、ユビキチン側をセレノエステルとすることでセレン同士の化学選択的な縮合反応を開発し、効率的なユビキチン化タンパク質の合成法を確立する。

Outline of Annual Research Achievements

タンパク質のユビキチン修飾は、不要タンパク質の分解、DNA修復、炎症、アポトーシスなど多彩な生命現象に関わっており、がんや神経変性疾患の原因ともなることからユビキチン化の機能解明が求められている。そのため、プローブとなるユビキチン修飾タンパク質の合成法が盛んに研究されている。タンパク質には反応点となるカルボキシ基とアミノ基が多数存在するため、プローブを短工程で効率的に合成するためには選択的縮合反応の開発が必要である。我々は、化学選択的なユビキチン化反応として、Brikらが開発したδ-メルカプトリシンを介したイソペプチドケミカルライゲーション法を応用し、δ-メルカプトリシンの硫黄原子をセレン原子に置換したδ-セレノリシンを介したユビキチン-チオエステルとの連結反応であるセレノイソペプチドケミカルライゲーション法を開発した。本研究ではその連結反応を発展させ、δ-セレノリシンとユビキチン-セレノエステルを利用する、セレン同士の化学選択的縮合反応を開発している。昨年度は、側鎖保護基の異なるδ-メルカプトリシン誘導体の合成法と環状ペプチドセレノエステルの合成法を検討した。本年度は、セレノイソペプチドケミカルライゲーション法について副反応とそれを回避するための方法について論文発表を行った。また、セレン同士の化学選択的な連結反応の反応条件を検討し、ジスルフィド結合をジセレニド結合に置換したタンパク質PhoSLアナログの化学合成へと応用した。さらに、環状セレノエステルの簡便な合成法へとつながるセレノエステルを経由する環状チオエステルのワンポット合成法を確立し、それらの研究成果について4件の学会発表を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の目的は、不要タンパク質の分解など多彩な生命現象に関わっているタンパク質のユビキチン化の機能解明のためのプローブとなるユビキチン修飾タンパク質の効率的な合成法の開発である。タンパク質には反応点となるカルボキシ基とアミノ基が多数存在するため、プローブの短工程で効率的な合成には選択的縮合反応の開発が必要である。我々は、セレンの高い反応性に着目し、Brikらの報告しているδ-メルカプトリシンの硫黄原子をセレン原子に置換したδ-セレノリシンを介したユビキチン-チオエステルとの連結反応を新たに開発した。本研究ではその反応を発展させ、環状ユビキチンセレノエステルを利用することで、δ-セレノリシンを導入したタンパク質とのセレン同士の化学選択的縮合反応を開発している。設定した3つの課題の進行状況:課題1では、δ-セレノリシン含有ペプチドの合成とその注意点およびδ-セレノリシンを介した連結反応について論文発表を行った。課題2では、40残基のタンパク質PhoSLをモデルとして、セレノシステインを含むペプチドヒドラジドをセレノエステルに変換すると自発的にセレノラクトンが形成されることを見出した。また、同様にシステインを含むペプチドヒドラジドも、セレノエステルへの変換反応で自発的にチオラクトンが形成されることも見出した。課題3では、環状ペプチドセレノエステルとN末端にセレノシステインを有するペプチドの連結反応の条件を確立した。また、ペプチドセレノエステルとセレノシステインを有するペプチドとの連結反応におけるC末端アミノ酸の違いや添加剤の違いによる副反応の進行の違いについてのノウハウを得て、ジセレニド結合を有するPhoSLアナログの化学合成に成功した。以上の成果から、進捗状況をおおむね順調と自己評価した。

Strategy for Future Research Activity

我々は、セレンの高い反応性に着目し、Brikらの報告しているδ-メルカプトリシンの硫黄原子をセレン原子に置換したδ-セレノリシンを介したユビキチン-α-チオエステルとの連結反応を新たに開発した。本研究では、この連結反応を発展させてより効率的なユビキチン修飾タンパク質の合成法とするため、環状ユビキチンセレノエステルとδ-セレノリシンを導入したタンパク質とのセレン同士の親和性を利用した化学選択的縮合反応の開発を進めている。現在の進捗状況は、設定した3つの課題のうち、課題1では、δ-セレノリシン含有ペプチドの合成とδ-セレノリシンを介した連結反応について論文発表を行い、今後はこの方法をユビキチン修飾糖タンパク質の合成へと応用する。課題2では、40残基のタンパク質PhoSLをモデルとして、セレノシステインまたはシステインを含むペプチドヒドラジドをセレノエステルに変換すると自発的にセレノラクトンまたはチオラクトンが形成されることを見出した。今後は、これらの知見をもとに、セレノシステインを介した連結法を利用してセレノシステイン含有ユビキチン-α-ヒドラジドを合成し、環状ユビキチンセレノエステルへの変換を検討する。課題3では、これまでの研究で環状ペプチドセレノエステルとN末端にセレノシステインを有するペプチドの連結反応の条件を確立し副反応に関するノウハウを得ている。今後は、そレラの知見を元に76残基の長鎖の環状ユビキチンセレノエステルとδ-セレノリシンを導入したタンパク質との化学選択的縮合反応の開発へとつなげていく予定である。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Isopeptide bond formation mediated by δ-selenolysine for chemical ubiquitination2023

    • Author(s)
      Akiyama Tatsunari, Tanaka Yusuke, Okamoto Ryo, Kajihara Yasuhiro, Izumi Masayuki
    • Journal Title

      Frontiers in Chemistry

      Volume: 11 Pages: 1307254-1307254

    • DOI

      10.3389/fchem.2023.1307254

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ジセレニド結合を有するレクチンPhoSLアナログの化学合成2024

    • Author(s)
      長島匡輝、和泉雅之
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] チオエステルまたはセレノエステルを経由するペプチドヒドラジドのチオラクトンへのワンポット変換反応2024

    • Author(s)
      船生悠貴、佐々木沙也佳、和泉雅之
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] コアフコース認識レクチンPhoSLのセレノシステイン置換体の合成研究2023

    • Author(s)
      和泉雅之、長島匡輝
    • Organizer
      第42回日本糖質学会年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] セレナゾリジンを利用したレクチンPhoSLアナログの合成研究2023

    • Author(s)
      長島匡輝、和泉雅之
    • Organizer
      2023日本化学会中国四国支部大会山口大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] セレノシステインを含むレクチンPhoSL誘導体の合成研究2023

    • Author(s)
      和泉雅之
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 側鎖にオルソゴナルな保護基を有するδ-メルカプトリシン誘導体の合成2022

    • Author(s)
      田村優伍、和泉雅之
    • Organizer
      2022日本化学会中国四国支部大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 環状ペプチドチオエステルの合成とその連結反応2022

    • Author(s)
      中村佑介、赤井康人、藤坂優馬、和泉雅之
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] コアフコース認識レクチンPhoSL-ビオチンハイブリッドの化学合成2021

    • Author(s)
      藤坂優馬、和泉雅之
    • Organizer
      第40回日本糖質学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Nα-Boc-δ-セレノリシン誘導体の合成2021

    • Author(s)
      田村優伍、和泉雅之
    • Organizer
      2021日本化学会中国四国支部大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] hemical Synthesis of Diubiquitin using delta-selenolysine-mediated Ligation2021

    • Author(s)
      秋山龍成、田中勇祐、岡本亮、梶原康宏、和泉雅之
    • Organizer
      Pacifichem 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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