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2018 年度 実績報告書

タンパク質を多能性配位子とした精密制御反応場の創出

公募研究

研究領域高難度物質変換反応の開発を指向した精密制御反応場の創出
研究課題/領域番号 18H04270
研究機関大阪府立大学

研究代表者

藤枝 伸宇  大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 准教授 (00452318)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワード人工金属酵素 / シクロプロパン化
研究実績の概要

天然の金属酵素は常温常圧下といった温和な条件下において非常に高難度な反応を触媒するものが多数知られており、有機合成化学などへの応用が期待されてきた。しかし、一般的に金属酵素は不安定であり、汎用性も低いため、そのままでは利用できない場合がほとんどである。このような問題を解決するため、酵素の活性中心を模倣した小分子金属錯体が数多く開発され、多様な反応に応用されてきた。一方、最近では、より温和な条件でも高い反応性と選択性を発揮する触媒の開発をめざして、タンパク質の精密制御反応場としての有用性と遷移金属の触媒機能を巧みに組み合わせた新しいハイブリッド生体触媒(人工金属酵素)の開発が活発に行われている。こういった背景のもと、我々のグループはタンパク質配位子として超好熱菌Thermotoga maritima由来のTM1459タンパク質に着目した。このタンパク質は、高い熱安定性を有し、cis位に空いた配位座を提供可能な4つのヒスチジンからなる金属結合部位を備えている。これらのヒスチジン残基に金属イオンを結合させることで、タンパク質骨格がより安定化され、非常に安定な生体触媒の構築が可能となる。さらに、様々な遷移金属イオンを導入することで、多彩な触媒機能を期待出来る。これまで、我々はTM1459タンパク質を配位子として、高い反応性、選択性を達成したアルケンのcisジオール化反応2やマイケル付加反応系を構築してきた。そこで本年度では、このTM1459タンパク質を金属配位子としての汎用性を向上させるため、オレフィンの立体選択的なシクロプロパン化反応について検討を行い、困難とされているシス選択的反応系の実現を目指した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

現在までにシクロプロパン化反応に用いられてきたbis(oxazoline)骨格を持つBOXやPyBOX配位子のような二座もしくは三座の窒素系配位子を模倣し、4-His部位のヒスチジンの1つ、及び2つをアラニンに変異させることで、様々な第一配位圏を包括した変異体を構築した。これら変異体に、銅(II)を導入し、単核銅タンパク質ライブラリーを調製した。次に、これを用いて、基質としてスチレンとエチルジアゾアセテート(EDA)を用いたシクロプロパン化反応についてスクリーニングを行った。銅(II)のみを触媒として用いた場合、1: 2の割合でtrans体が優先的に生成され、エナンチオ選択性は全く見られなかった。それに対し、H52A変異体を用いた場合、高いcisジアステレオ選択性 (89: 11)とエナンチオ選択性 (56% ee) を示した。さらに、H58A/H92A変異体を用いた場合では、高いtrans選択性 (24: 76) を示し、反転したジアステレオ選択性をもつ変異体を得ることに成功した。

今後の研究の推進方策

今後は第二配位圏の残基にさらなる変異導入を行い、さらなる選択性の向上を試みる。H52A変異体にCuを導入した結晶構造をもとに基質であるEDAとタンパク質キャビティのドッキングシミュレーションを行ったところ、一方の基質であるスチレンが間隙の広い側から銅に結合したEDAに接近することにより、高いcis選択性を示したと推測された。そこで、スチレンの接近方向を制御するため、キャビティを形成するアミノ酸残基 (R39, C106, I108, A52)に着目し、さらなる変異導入を試みる。また、他のC-C結合反応にも挑戦する。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Tyrosinases in Organic Chemistry: A Versatile Tool for the α-Arylation of β-Dicarbonyl Compounds2018

    • 著者名/発表者名
      Krug Roxanne、Schroder Dennis、Gebauer Jan、Suljic Sanel、Morimoto Yuma、Fujieda Nobutaka、Itoh Shinobu、Pietruszka Jorg
    • 雑誌名

      European Journal of Organic Chemistry

      巻: - ページ: 1789~1796

    • DOI

      10.1002/ejoc.201800188

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] ケトンの不斉還元反応を触媒する人工金属酵素の開発2019

    • 著者名/発表者名
      小田原駿・湯浅美穂・藤枝伸宇
    • 学会等名
      日本化学会第99回春季年会
  • [学会発表] シス選択的シクロプロパン化反応を触媒する人工金属酵素の開発2019

    • 著者名/発表者名
      松尾徳紀・湯浅美穂・藤枝伸宇・伊東 忍
    • 学会等名
      日本化学会第99回春季年会
  • [学会発表] Cupin Proteins as Multipotent Macromolecular Ligands2018

    • 著者名/発表者名
      Nobutaka Fujieda
    • 学会等名
      生物無機化学国際シンポジウム2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高機能性配位子としてのタンパク質2018

    • 著者名/発表者名
      藤枝伸宇
    • 学会等名
      生体機能関連化学若手の会 第30回サマースクール
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of asymmetric catalysts with proteins as versatile ligands2018

    • 著者名/発表者名
      藤枝伸宇
    • 学会等名
      日本化学会第99回春季年会
    • 招待講演
  • [学会発表] Artificial Metalloenzymes with a Cupin Protein as Versatile Ligands2018

    • 著者名/発表者名
      Nobutaka Fujieda
    • 学会等名
      FHI-JST Joint Symposium
  • [学会発表] Cupin Proteins as Versatile Macromolecular Ligands2018

    • 著者名/発表者名
      Nobutaka Fujieda, Atsuki Matsuo, Haruna Ichihashi, Takumi Nakano and Shinobu Itoh
    • 学会等名
      9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
  • [学会発表] タンパク質を多能性配位子とした精密制御反応場の創出2018

    • 著者名/発表者名
      藤枝伸宇
    • 学会等名
      ワークショップ:「理論と実験の融合による高難度物質変換の反応機構解明にむけて」
  • [学会発表] 選択的なC-C結合形成反応を触媒する人工金属酵素の創製2018

    • 著者名/発表者名
      松尾徳紀・市橋春菜・藤枝伸宇・伊東 忍
    • 学会等名
      第45回生体分子科学討論会
  • [学会発表] 貴金属活性中心を有する人工金属酵素の開発2018

    • 著者名/発表者名
      小田原駿・松尾徳紀・藤枝伸宇・伊東 忍
    • 学会等名
      第45回生体分子科学討論会
  • [学会発表] タンパク質を利用した機能性配位子の開発2018

    • 著者名/発表者名
      藤枝伸宇・松尾徳紀・小田原駿・市橋春菜・伊東 忍
    • 学会等名
      第12回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] 貴金属イオンを組み込んだ人工金属酵素触媒の創製と選択的C-C結合形成反応への応用2018

    • 著者名/発表者名
      松尾徳紀・市橋春菜・藤枝伸宇・伊東 忍
    • 学会等名
      第12回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] 選択的シクロプロパン化反応を触媒する人工金属酵素の創製2018

    • 著者名/発表者名
      松尾徳紀・市橋春菜・藤枝伸宇・伊東 忍
    • 学会等名
      第31回生物無機夏期セミナー

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公開日: 2019-12-27  

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