低～高分子までの生理活性化合物の精密合成を実現する水中反応の開発

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K17902
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 渡辺 賢司 九州大学, 薬学研究院, 特任助教 (90631937)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 生体共役反応 / チオール / 水酸基活性化 / ベンジルアルコール / 水中反応

Outline of Annual Research Achievements

ベンジル位アルコールの直接的な置換反応を用いた、均一水溶液中で進行するpH応答性の生体共役反応の開発に取組んだ。反応を促進するLewis酸およびBronsted酸を種々検討し、また基質のアルコールを種々合成した結果、弱酸性（pH 5～6）の緩衝水溶液中で適切な基質を用いることで最適条件を見出した。
チオールを含むペプチドをモデル基質に用いて反応を検討した所、本反応はアミノ基、カルボキシ基およびリン酸アニオンが共存してもチオール選択的に進行した。pH 7以上の条件では反応は一切進行しなかった。
本反応の速度論的解析により反応次数が二次であることが明らかとなった。また、反応速度は基質の電子密度の増加に従って上昇し、チオール求核剤の立体的なかさ高さに応じて減少した。
本反応の有用性を検証するため、5.8 kDaから66.3 kDaまでの多様な分子量を持つタンパク質をモデルに用いて生体共役反応を検討した。タンパク質のジスルフィドの還元により生成した２つのチオールのうち一つのチオールを選択的に修飾できることを質量分析、Ellman試験および紫外可視吸収スペクトルを用いて明らかとした。さらに、中性・弱アルカリ性条件では不溶あるいは不安定なタンパク質の本反応を用いた修飾にも成功している。タンパク質に導入された基質はアジド基を有し、他の生体直交反応と組み合わせる事でタンパク質の更なる機能化のためのプラットフォームとなることを示した。本研究成果については現在論文投稿準備中である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初計画ではLewis酸を触媒に用いて反応を検討する予定であったが反応効率は低かった。弱酸性の緩衝水溶液を用いて環境応答性（pH応答性）の反応を開発することとした。生体内は中性条件に保たれているものの、リソソームやエンドソーム、消化器官、癌細胞周辺などの一部の器官や領域では弱酸性を示すことから、本反応は様々な応用が期待できる。既に、中性・弱アルカリ性条件では不溶あるいは不安定なタンパク質の本反応を用いた修飾に成功している。

Strategy for Future Research Activity

官能基および位置選択的な本反応を用いて、他の生体直交反応と組み合わせることで従来では合成することのできなかったハイブリッドタンパク質を合成したい。興味深いことに本反応の反応次数は二次であった。反応の詳細な機構を密度汎関数（DFT）計算などで明らかとしたい。In vivoでの本反応の適用を検討したい。

Causes of Carryover

今年度は学会発表などによる旅費の支出がなかった。また、今後より多様なタンパク質やペプチドに本反応を適用することが予想され、これらの合成の為に次年度以降に基金を残した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

研究成果がまとまったので、今後は積極的に学会発表を行いたい。その為旅費の支出は増加する予定である。また、既に成果を論文投稿できるので、論文掲載費などで支出が増加することが見込まれる。今後、より多様なタンパク質やペプチドに本反応を適用するため、市販されてないペプチドを合成する予定であり、合成に要する試薬・機器による支出の増加が見込まれる。