[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

逆電子要請型DAでレポーター分子を導入する

[スポンサーリンク]

 

生体分子を化学修飾してレポーター分子を導入可能な反応(Bioorthogonal Reaction)は生命現象の解明の足がかりとして強力なツールとなります[1]。最もよく知られているのが、アジド化合物とアルキンとのHuisgen反応(図1左)。Huisgen反応によるレポーター分子の導入は、生体直交性が高い・副生成物が生じないといった特徴から広く用いられています。しかし、問題点がないわけではなく、反応が遅いためレポーター分子の過剰投与が必要になることが多々有ります[2]

一方、1,2,4,5-テトラジン(1,2,4,5-tetrazine)とアルケンとの逆電子要請型Diels-Alder(IED-DA)反応は、Huisgen反応に比べ約2万倍の速度で進行することが知られています(図2右)。その利点を活用して、2008 年、米国デラウェア大学のFoxら は1,2,4,5-テトラジン と歪んだアルケンであるトランスーシクロオクタエン(trans-cyclooctene:TCO)とのIED-DA反応を利用したレポーター分子の導入法を報告しました[3]。その報告以降、1,2,4,5-テトラジンと反応する様々なアルケン(ジエノフィル)との反応が考案され試されています[4]

図1 Huisgen反応とIED-DA反応によるレポーター分子の導入

図1 Huisgen反応とIED-DA反応によるレポーター分子の導入

 

しかし、1,2,4,5-テトラジンは生体内での安定性が低いことが問題点です。最近、UCアーバインのPrescherらは、1,2,4,5-テトラジンの代わりに1,2,4,トリアジン(1,2,4-triazine)を用いることで、この問題点の解決に取り組みました。

“1,2,4-Triazines Are Versatile Bioorthogonal Reagents”

Kamber, D. N.; Liang, Y.; Blizzard, R. J.; Liu, F.; Mehl, R. A.; Houk, K. N.; Prescher, J. A. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137,  8388–8391. DOI: 10.1021/jacs.5b05100

 

1,2,4-triazineを用いた逆電子要請型DA反応

1,2,4-トリアジンは、微生物から単離される天然物にも見られ、生体内での高い安定性が期待できます。すでにトリアジンを使った逆電子要請型DAはスクリプス研究所のBogerらにより昔から様々な検討がなされていますが[5]、今回種々の1,2,4-triazine誘導体を合成し、TCO誘導体とのIED-DA反応を試みました。

その結果、反応は迅速に進行しピリジン誘導体を与えることがわかりました。一方で、1,2,4,5-テトラジン骨格との反応性が高いジエノフィルであるシクロプロペンやノルボルネンとは反応しないこともわかりました(図2)。このことから、TCO と他のジエノフィルを組み込みこんだ分子に対して、1,2,4-トリアジンと1,2,4,5-テトラジンをそれぞれ独立に反応させることも可能と考えられます。また、1,2,4-トリアジン骨格は1,2,4,5-テトラジンに比べチオールや水との反応性が低いことから、生体内での高い安定性が示唆されました。さらに、1,2,4-トリアジン骨格を側鎖に組み込んだ組換えGFPを作成し、in vitroにおいてTCO誘導体とのIED-DA反応が進行することを確認しました。

2015-08-15_10-09-40

図2 1,2,-4トリアジンとジエンやシステイン、水との反応

 

1,2,4-トリアジン1,2,4,5-テトラジンの違い:量子化学計算による考察

r1,2,4-トリアジンの反応性に関し量子化学計算による議論も行っています。計算結果からは以下の結果が示され、いずれも実験事実を支持しています。

  1. LUMO+1のエネルギー値およびエチレンとの反応における活性化障壁の値から、1,2,4-トリアジンは1,2,4,5-テトラジンに比べIED-DA反応での反応性が低い。
  2. メタンチオールとの反応における活性化障壁の値から、1,2,4-トリアジン は 1,2,4,5-テトラジンよりもシステインとの反応性が低い。
  3. シクロプロペン誘導体、ノルボルネン、およびTCOとのDA反応における活性化障壁の値から、1,2,4-トリアジンは室温においてTCOとは反応するが、シクロプロペンやノルボルネンとは反応しない。

 

 

2015-08-15_10-10-29

まとめ

1,2,4-トリアジンと1,2,4,5-テトラジンという、N原子ひとつの違いしかないですが、それが絶妙な反応性の差を生み、生体直交性反応剤としての有用性の差につながっっています。今回の報告は、これまで報告されていたレポータ分子の「改良」ではあるものの、逆電子要請型DAがラベリングツールとして使える可能性を広げた論文であるといえます。生体内イメージングへの適用の可否はわかりませんが、今後に期待したいと思います。

 

関連文献

  1. Lang, K; Chin, J. W. ACS Chem. Biol. 2014, 9, 16. DOI: 10.1021/cb4009292
  2. Rosson, R; Verkerk, P. R.; Bosch, M.; Vulders, R. C. M.; Robillard, M. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 3375. DOI: 10.1002/anie.200906294
  3. Blackman, M. L.; Roysen, M.; Fox, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13518.  DOI: 10.1021/ja8053805
  4. (a) Liu, F.; Liang, Y.; Houk, K. N. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 11483. DOI: 10.1021/ja505569a;  (b) Yang, J.; Liang, Y.; Seckute, J.; Houk, K. N.; Devaraj, N. K. Chem. Eur. J. 201420, 3365. DOI: 10.1002/chem.201304225
  5. (a) Boger, D. L. Chem. Rev. 1986, 86, 781 DOI: 10.1021/cr00075a004; (b) Anderson, E. D.; Boger, D. L. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12285. DOI: 10.1021/ja204856a
Avatar photo

bona

投稿者の記事一覧

愛知で化学を教えています。よろしくお願いします。

関連記事

  1. 【速報】Mac OS X Lionにアップグレードしてみた
  2. 2021年ノーベル化学賞は「不斉有機触媒の開発」に!
  3. Reaxys体験レポート反応検索編
  4. 近赤外光を青色の光に変換するアップコンバージョン-ナノ粒子の開発…
  5. シクロカサオドリン:鳥取の新しい名物が有機合成された?
  6. ジアゾニウム塩が開始剤と捕捉剤を“兼務”する
  7. 化学コミュニケーション賞2023、候補者募集中!
  8. 【書籍】英文ライティングの基本原則をおさらい:『The Elem…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 第35回安全工学シンポジウム
  2. 化学者にお勧めのノートPC
  3. 【5月開催】第八回 マツモトファインケミカル技術セミナー 有機金属化合物「オルガチックス」の密着性向上剤としての利用 -プライマーとしての利用-
  4. アノードカップリングにより完遂したテバインの不斉全合成
  5. 秋田英万 Akita Hidetaka
  6. 角田試薬
  7. イソプロポキシボロン酸ピナコール:Isopropoxyboronic Acid Pinacol Ester
  8. ケムステイブニングミキサー2015へ参加しよう!
  9. AlphaFold3の登場!!再びブレイクスルーとなりうるのか~実際にβ版を使用してみた~
  10. 不斉アリルホウ素化 Asymmetric Allylboration

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2015年8月
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31  

注目情報

最新記事

創薬懇話会2025 in 大津

日時2025年6月19日(木)~6月20日(金)宿泊型セミナー会場ホテル…

理研の研究者が考える未来のバイオ技術とは?

bergです。昨今、環境問題や資源問題の関心の高まりから人工酵素や微生物を利用した化学合成やバイオテ…

水を含み湿度に応答するラメラ構造ポリマー材料の開発

第651回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院工学研究科(大内研究室)の堀池優貴 さんにお願い…

第57回有機金属若手の会 夏の学校

案内:今年度も、有機金属若手の会夏の学校を2泊3日の合宿形式で開催します。有機金…

高用量ビタミンB12がALSに治療効果を発揮する。しかし流通問題も。

2024年11月20日、エーザイ株式会社は、筋萎縮性側索硬化症用剤「ロゼバラミン…

第23回次世代を担う有機化学シンポジウム

「若手研究者が口頭発表する機会や自由闊達にディスカッションする場を増やし、若手の研究活動をエンカレッ…

ペロブスカイト太陽電池開発におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用

持続可能な社会の実現に向けて、太陽電池は太陽光発電における中心的な要素として注目…

有機合成化学協会誌2025年3月号:チェーンウォーキング・カルコゲン結合・有機電解反応・ロタキサン・配位重合

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2025年3月号がオンラインで公開されています!…

CIPイノベーション共創プログラム「未来の医療を支えるバイオベンチャーの新たな戦略」

日本化学会第105春季年会(2025)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「未来の医療…

OIST Science Challenge 2025 に参加しました

2025年3月15日から22日にかけて沖縄科学技術大学院大学 (OIST) にて開催された Scie…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー