2022 Fiscal Year Research-status Report
一時的配向基を用いた遷移金属触媒反応によるタンパク質ペプチド結合の化学修飾
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21K06482
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
花屋 賢悟 慶應義塾大学, 薬学部(芝共立), 講師 (50637262)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 化学修飾 / ペプチド / タンパク質 / 遷移金属イオン / アルドール反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
抗体－薬物複合体などのバイオ医薬品創薬やケミカルバイオロジーの基礎研究において、薬物や蛍光分子などの人工分子をタンパク質の特定の位置にのみ結合する反応（化学修飾反応）の開発は重要である。化学修飾反応は、タンパク質がその機能を保持できるような条件（水溶液中、4ー50℃、pH5ー9程度、など）下、進行することが望ましい。2000年以降、化学修飾法の研究は進展し、種々のアミノ酸の側鎖官能基を標的とした化学修飾反応が研究されてきた。しかし、これらの手法は対象のタンパク質が、標的のアミノ酸を持たない場合には適用できない。そこで、タンパク質中に必ず１箇所存在するN末端アミノ酸を活用した化学修飾反応の開発を目指した。
2022年度は、前年度に本研究遂行中に発見した、アルドール反応を利用するN末端化学修飾反応の検討を進めた。この反応は種々の生理活性ペプチドやタンパク質のN末端アミノ酸上で進行した。本反応を用いて、市販の抗体医薬品であるトラスツズマブのN末端アミノ酸上にトポイソメラーゼ阻害薬であるSN38を結合した抗体－薬物複合体（ADC）を調製した。このADCは、HER2を細胞膜上に過剰発現するがん細胞に特異的に結合し、元のトラスツズマブを上回る細胞毒性を示した。N末端アミノ酸はトラスツズマブの表面に露出しており、立体構造維持に関与しないと考えられる。そのため、化学修飾してもトラスツズマブの立体構造に対する影響が小さく、元の抗原認識能を維持していたと推測している。本研究結果は、英文査読付学術雑誌に掲載された。当初の研究実施計画とは異なるが、タンパク質の機能を保持したまま温和な条件下、特定の箇所のみを化学修飾する手法の開発に成功した。
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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
2021年度、研究計画の遂行中に、銅イオン存在下、中性水溶液中、室温で2-ピリジンカルボキシアルデヒドを用いるとペプチドやタンパク質のN末端アミノ酸上でアルドール反応が進行し、N末端アミノ酸のみを化学修飾できることを発見した。2022年度はこの反応についてさらに検討した。N末端アミノ酸がさまざまな生理活性ペプチドやタンパク質のN末端アミノ酸上で進行したが、N末端アミノ酸が同じでも修飾反応が進行しない場合もあった。N末端アミノ酸の種類だけでなく、２番目以降のアミノ酸残基やペプチド、タンパク質の立体構造も修飾反応の進行に影響することが示唆された。本反応は、市販の抗体医薬品であるトラスツズマブとトポイソメラーゼ阻害薬であるSN38を結合した抗体－薬物複合体（ADC）の調製に応用することができた。このADCは抗体1分子に対し、平均2ー3分子のSN38が結合しており、HER2を細胞膜上に過剰発現するがん細胞に結合し細胞毒性を示した。当初の研究実施計画とは異なるが、タンパク質の機能を保持したまま温和な条件下、特定の箇所のみを化学修飾する手法の開発に成功した。しかし現状、当初計画した、一時的配向基を利用するカップリング反応が進行する条件は見出せていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画当初、一時的配向基と金属イオンを用いるカップリング反応により、ペプチド、タンパク質のペプチド結合を化学修飾する予定であった。しかし、金属イオン存在下、含窒素芳香族アルデヒドを一時的配向基として用いると、期待したカップリング反応ではなく上述のアルドール反応など、当初予想しなかった反応が優先して進行することが明らかになった。さらに、金属イオンの種類とアルデヒドの組み合わせを変更すると、反応性を調節できた。最終年度は、これらの結果をもとに新たな化学修飾反応の開発に取り組む。申請研究課題については、一時的配向基の構造を大きく変更し、引き続き検討を続ける。
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