アミノ酸側鎖間の立体制約性CH/π相互作用による新規な整理活性コンホメーション

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10480152
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 下東 康幸 九州大学, 大学院・理学研究科, 教授 (00211293)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野瀬 健 九州大学, 大学院・理学研究科, 助手 (10301334)
• Keywords: CH / π相互作用 / 酵素阻害剤 / 生理活性ペプチド / 立体制約 / コリンアミノ酸 / 分子設計 / 分子モデリング

Research Abstract

本研究の目的は、アミノ酸側鎖間に形成される立体制約性CH/π相互作用を取り上げ、これをペプチドの生理活性コンホメーション固定化の新規な方法として確立することである。本年度はまず、CH/π相互作用を形成するD-Leu-Pheを核構造とする酵素阻害剤の分子設計を実施した。側鎖間で強いCH/π相互作用を形成するジペプチドD-Leu-Pheを核構造として用いると、D-Leuのアミノ基とPheのカルボキシル基にいろいろな相互作用の構造要因を結合できる。この方法の利点は、このC末端カルボキシル基に結合した構造がセリンプロテアーゼのS1基質認識部位に特異的に結合することができる点にある。特異的な結合が誘起されると酵素の強い阻害剤になる可能性が高い。本研究において、C末端にフェニル基を導入するとキモトリプシンを、グアニジノ基を導入するとトリプシンを特異的に阻害し、C末端置換基の交換により容易に機能変換が可能なことが判明した。さらに、トロンビンやエラスターゼなどのセリンプロテアーゼを阻害するジペプチド誘導体を得るため、さまざまなグアニジノ誘導体やtert-ブチル誘導体を導入して調べた。これらをきわめて優れて特異的に阻害する誘導体は現在まで得られていないものの、こうした分子設計法が有効であることが示された。一方、π系ベンゼン環とCH/π相互作用する構造は、窒素などのヘテロな原子に結合したメチル基の方がはるかに有利である。このため、メチルアミノ基-N^+(CH_3)_nをもつ新規なD-コリン系アミノ酸を設計し、その合成を試みた。そして、アセタミドマロン酸ジエチルステル合成法によりn=1〜3のアミノ酸骨格の調製に成就した。しかし、高級アミン・コリン基の強い塩形成のため、水溶性がきわめて高く、現在有効な光学分割法の検討を行っている。一方、CH/π相互作用により高効率に形成させるπ系構造要因を系統的に検索したところ、芳香族アミノ酸・フェニルアラニンのフェニル基メタ位塩素、臭素およびヨウ素原子を導入したとき、著しく増強されることが判明した。これを生理活性ペプチドに組み込んで受容体間で形成されるCH/π相互作用を検討した。その結果、フェニルアラニンが関与するCH/π相互作用においては、メタ位に臭素原子を導入すると活性を約6倍も増強できることが判明した。2年間の本研究により、ジペプチド・アミノ酸側鎖間に形成される立体制約性CH/π相互作用を核構造にした酵素阻害剤のみならず、受容体タンパク質間で形成される堅固な立体制約性CH/π相互作用を基盤にした高活性ペプチドアゴニスト、アンタゴニストの創製が可能であることが初めて明らかとなった。こうして、アミノ酸配列が新たに判明した生理活性ペプチドについて、立体制約性の高活性誘導体設計の道が切り開かれた。

Research Products

• [Publications] Tsugumi Fujita: "Highly Potent Peptide Ligands for Thrombin Receptor"Peptide Science 1999. (印刷中、現在発行予定). (2000)
• [Publications] Ayami Matsushima: "Chemical Synthesis of Phenylalanine Derivatives Containing Halogenated Benzene Ring as Structural Explores for Elucidation of Molecular Mechanisms of Receptor Interactions"Peptide Science 1999. (印刷中、現在発行予定). (2000)
• [Publications] Tsugumi Fujita: "Synthesis of a Complete Set of L-Difluorophenylalanine,L-(F2)Phe,as Molecular Explorers for the CH/π Interaction betweenn Peptide Ligand and Receptor."Tetrahedron Lett.. 41. 923-927 (2000)
• [Publications] Yasuyuki Shimohigashi: "Design of Serine Protease Inhibitors with Conformation Restricted by Amino Acid Side-Chain-Side-Chain CH/π Interaction."Biopolymers(Peptide Science). 51. 9-17 (1999)
• [Publications] Tsugumi Fujita: "The Design and Syntheses of para-Fluorophenylalanine Amide Derivatives as Thrombin Receptor."J.Biochem.. 126(1). 174-179 (1999)
• [Publications] Yasuko Yamaguchi: "Structure-Activity Relationships of Serine Protease Inhibition with Structural Element Stacking to the Ctalytic Residue His-57"Peptide Science 1998. 245-248 (1999)