実践的化学プローブに資する多成分精密集積とリリース機能を備えたアジドクリック戦略

Research Project

Project/Area Number	22K06523
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 47010:Pharmaceutical chemistry and drug development sciences-related
Research Institution	University of Toyama
Principal Investigator	谷本裕樹富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 准教授 (00581331)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000) Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	アジド / ヒドラジド / クリックケミストリー / スルフィン酸 / 化学プローブ / ケミカルバイオロジー / 有機アジド / 機能集積化 / 分子結合切断
Outline of Research at the Start	結合形成とリリース機能を併せ持つ精密分子集積技術を、分子内水素結合および窒素-窒素(N-N)ヘテロ原子結合を利用した高位置選択的アジドクリック戦略により実現する。この新戦略によるたんぱく解析に向けた多成分集積と高速解析に優れた独自ナノ集積法を、以下の研究内容を通して確立し、高次の生体認識ケミカルバイオロジーの開拓による創薬・生化学研究を進展させる。 (1) ヒドラジド型α-AzSA による機能集積法と結合切断法の確立 (2) アシルジアゼンによる分子連結標識化と蛍光発光波長変化システムの構築 (3) 蛍光ジアジドハブによる機能集積化学プローブの合成と標的たんぱく検出
Outline of Annual Research Achievements	まずは当初の研究通り、アジド基を持つアセチルヒドラジドを用いたクリック反応とその選択性を調査した。その結果、我々が以前に確立したものと同程度のクリック選択性を示すことを明らかにした。しかし、それに続く複素環形成副反応が進行してしまい、収率は低下した。さらに、α位にアジド基を持つアセチルヒドラジドは、分子内のヒドラジド中のアミド窒素による分子内環化をへて窒素―窒素結合が切断されるという、想定外の反応を起こすことが判明した。アミド型やヒドロキサム酸型ではこの反応は全く起こらなかったことから、ヒドラジド特異的な反応であることが分かった。以上の結果から、ヒドラジドの水素結合形成位置にアジド基を配置することはできないということが明らかとなった。しかし同時に、室温下温和な条件にて、当初の目的であった窒素―窒素結合の切断が実現できるという、予想外の成果も得られ、これを論文発表した。一方、水素結合を活用したさらなる選択的クリック戦略として、アジド保護法を活用した別の官能基への変換法を確立した。本手法は、複数のアジド基を持つ基質に対して、ホスフィンを用いて特定部位アジド基の保護する戦略を活用し、保護されていないアジド基を反応に活用したのち、脱保護と同時に別のクリック官能基であるジアゾ基へと変換するものである。検討の結果、水素結合を分子内に有する基質のほうが選択的に保護が進行することが分かった。また本手法は、従来元の官能基に戻すだけの脱保護の工程に、官能基変換という進捗を加える分子合成の効率化に資する重要な発見である。現在詰めの研究を継続し、次年度論文化を目指している。また、プローブ化に向けたヒドラジド酸化ジアゼンを用いたスルフィン酸捕捉システムについても順調に進んでおり、スルフィン酸捕捉に応答して強発光性を示す分子を見出しており、現在継続して研究を進めている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初計画でコアとしていたアジド基を持つアセチルヒドラジドは、分子内のヒドラジド中のアミド窒素の求核性の高さのため分子内環化を経由し窒素―窒素結合が切断されるという、想定していなかった反応が進行することが、本年度の研究から明らかとなった。そのため、ヒドラジドの水素結合形成位置にアジド基を配置することはできないということが判明した。その一方で、室温下酸化剤や還元剤を用いることなく、当初の目的であった窒素―窒素結合の切断が温和に実現できるという、予想外の成果も得られ、論文化も行った。また、ヒドラジド構造についても、化学プローブとしての応用で想定していたスルフィン酸の捕捉が問題なく行えること、ならびに強蛍光発光性を示す望ましい結果が得られている。加えて、水素結合を利用した位置選択的なクリック反応を可能にする官能基変換法も見出し、脱保護という合成化学の概念に新たな視点をもたらす結果も得られている。これらの結果から、ヒドラジド型での水素結合の活用はできないことが分かったものの、①ヒドラジド構造を利用したスルフィン酸の捕捉、②窒素―窒素結合切断による夾雑物除去、③コンパクトな多機能プローブを実現する選択的クリック集積化法の確立、という大きな目標についてはいずれも問題なく成果が得られており、この評価とした。
Strategy for Future Research Activity	水素結合を利用したアジド位置選択的な保護と脱保護官能基変換については現在詰めの応用実験に展開しており、2年目での論文化を目指す。また、ヒドラジン構造を用いたスルフィン酸の捕捉と蛍光発光標識についても、システム構築を進め、まずは基礎段階での論文化に向けて、共同研究も念頭に研究を進める。最終的な応用に向けた機能化プローブへの展開のため、よりコンパクトなプローブを実現できる新たな水素結合クリックシステムも同時に進めており、これらを合わせて最終年度に報告したいと考えている。