2020 Fiscal Year Research-status Report

光レドックス反応を基盤とするタンパク質へのN-結合型糖鎖導入反応の開発

Research Project

Project/Area Number	19K06995
Research Institution	Nagasaki International University
Principal Investigator	山田耕平長崎国際大学, 薬学部, 准教授 (40583232)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	光レドックス触媒
Outline of Annual Research Achievements	N-結合型糖鎖は、アスパラギン側鎖窒素上にβ-グリコシド結合を介してN-アセチルグルコサミン（GlcNAc）が結合した構造を有しており、GlcNAcに結合する糖鎖構造の違いにより、タンパク質の生化学的・物理化学的特性を様々に制御している。糖鎖の機能解明や抗体医薬品などのタンパク質製剤の改良のために、遺伝的生化学的手法でタンパク質に糖鎖の導入が行われているが、有機合成的手法を用いてN-結合型糖タンパク質と同じ結合様式で糖鎖を導入する手法は開発されていない。タンパク質と糖鎖それぞれの合成・調製は、有機合成的、生化学的手法が確立しており、さらに糖転移酵素Endo-Mを用いたGlcNAcを足掛かりとするN-結合型糖鎖の導入法も開発されている。唯一、GlcNAcの有機化学的導入法のみが開発されておらず、糖タンパク質の完全化学合成達成への最後のピースと言える。しかし、アスパラギン側鎖のアミド窒素原子は求核性が他の官能基よりも乏しいため、生合成を模倣した有機化学的糖鎖導入法の開発は困難であり、全く異なるアプローチが必要である。著者はこれまで、トリアジニルアンモニウム塩の光レドックス触媒を用いた窒素‐炭素結合のラジカル開裂法の開発を行っており、電子不足なトリアジニルアンモニウム塩が一電子還元を受けるとベンジル位に当たる窒素‐炭素結合が開裂し、炭素ラジカルが発生することを見出している。このことから、電子不足芳香環で修飾されたヘテロ原子―炭素結合も同様に開裂可能であると考えた。中でもシステイン残基は、選択的修飾法が多く報告されており、硫黄－炭素結合をラジカル開裂できれば一炭素増炭を経てGlcNAcを有するアスパラギン側鎖を構築できると着想した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason これまで、システイン残基の選択修飾と引き続く開裂反応を検討してきた。しかしながら、二段階の反応は煩雑、かつ収率の低下につながる為、改めて修飾することなく炭素－硫黄結合を開裂できる手法の開発に取り組んだ。その結果、モデルとなるチオールを用いて、温和な条件で炭素－硫黄結合を開裂し、新たな結合を形成する反応条件を見出した。反応条件（光レドックス触媒、溶媒、温度、添加剤、など）を詳細に検討した結果、実用に耐えうる収率で目的物を得ることができた。また、基質としてシステイン誘導体を用いても反応が進行することが分かった。これらの結果は本研究課題のみならず、新たな研究課題を設定するに足るものである。
Strategy for Future Research Activity	コロナ禍により、講義や校務などの他のエフォートが著しく増大しているため、先行きは不透明であるが、反応条件の最適化とオリゴペプチドへの適用を行い、特許取得、論文作成へとつなげたい。
Causes of Carryover	研究室にストックされている試薬を活用することで、当初予定していた反応剤の原料や反応基質の購入が抑えられたため。使用計画:オリゴペプチドの購入に使用する。