2018 Fiscal Year Research-status Report
グアノシン一リン酸合成酵素の反応機構解明と同酵素に応答して機能する分子の開発
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17K05929
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
岡 夏央 岐阜大学, 工学部, 准教授 (50401229)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | グアノシン一リン酸 / キサントシン一リン酸 / GMP合成酵素 / AMP-XMP / 酵素応答性分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グアノシン一リン酸 (GMP) 合成酵素は、キサントシン一リン酸 (XMP) の2位カルボニル基をアデノシン一リン酸 (AMP) 化してAMP-XMPとし、GMPを生産するとされている。この酵素反応の鍵中間体であるAMP-XMPは、酵素活性部位で生成後直ちに次の反応に消費されるので、生体からの単離は困難である。また、AMP-XMPは安定性が低いカルボニル酸素原子上のリン酸基を持つために化学合成が難しい。これらの理由により、AMP-XMPに関する研究はほとんど行われていない。
本研究は、AMP-XMP中のキサントシンの2位カルボニル基上のリン酸部位や核酸塩基の他の部位に官能基を導入した分子を合成標的とした。この様な分子は、GMP合成酵素による脱リン酸化に応答し蛍光発光や抗がん活性などを発現する機能性分子として働くことが期待される。まず、前年度開発に成功したキサントシン誘導体の2位カルボニル基のリン酸ジエステル化反応を用い、異なる官能基を有するリン酸ジエステル基の導入に成功した。更に、得られた化合物の水酸基の脱保護を行い、2位カルボニル基上のリン酸基の水溶液中での安定性に関する知見を得た。加えて、蛍光性核酸塩基をキサントシンの代わりに有するAMP-XMPアナログの合成に着手した。この様な非天然型核酸塩基を有するヌクレオシドの合成はグリコシル化によって行うのが一般的であり、そのためには6位カルボニル基の選択的保護と立体選択的グリコシル化が必要となる。そこで、6位カルボニル基の保護について検討し、ジフェニルカルバモイルクロリドとDMAPを用いると6位選択的な保護が収率良く進行することを見出した。また、近年研究代表者らが開発したヨウ化糖を用いるリボフラノシル化（J. Org. Chem. 2014, 7656; Eur. J. Org. Chem. 2018, 6355）が、6位がジフェニルカルバモイル基で保護された核酸塩基にも適用可能であることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画どおり、キサントシン誘導体の2位カルボニル基に対し、異なる置換基を有するリン酸ジエステルの導入に成功した。また、キサントシン誘導体合成の過程で特に合成収率が低かった2位アミノ基のジアゾ化―加水分解の収率改善にも成功した。加えて、得られた化合物の水酸基の脱保護を行うことで、2位カルボニル基上のリン酸基の水溶液中での安定性に関する知見が初めて得られた。更に、ジフェニルカルバモイルクロリドとDMAPを用いる6位選択的ジフェニルカルバモイル化を開発した。この様な選択的保護法は、グリコシル化を経由する非天然型ヌクレオシドの合成に有用である。特に、本研究で開発を目指している蛍光性キサントシンを有するヌクレオシド誘導体の合成には欠かせないと考えれられる。また、グリコシル化に関しても、研究代表者らが近年開発したヨウ化糖をグリコシルドナーとする反応が、6位がジフェニルカルバモイル基で保護された核酸塩基にも適用可能であることを見出している。以上の成果を考えると、本研究はおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は、まずキサントシン誘導体の2位のリン酸ジエステル化の基質適用範囲の更なる拡大を試みる。次に、得られたリン酸ジエステルのヌクレアーゼ耐性について評価する。これに関しては、ヌクレアーゼ耐性が高いチオリン酸誘導体やその他のリン原子修飾リン酸誘導体を合成し、これらとの比較を行う。また、蛍光性キサントシン誘導体をキサントシンの代わりに有するAMP-XMP誘導体を合成する。加えて、抗がん活性を有するヌクレオシド誘導体を有するリン酸ジエステル基の導入について検討する。得られた化合物については、GMP合成酵素に対する応答性について調査する。更に、アデノシン一リン酸 (AMP) 化によるAMP-XMPの合成について検討し、GMP合成酵素によってGMPへと変換されることを確かめる。
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