Development of phosphorylation of alcohols in protein based on the structural modification of phosphoenolpyruvate

基于磷酸烯醇丙酮酸结构修饰的蛋白质醇磷酸化研究进展

• 批准号: 22KJ1152
• 负责人: 藤吉 浩平
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1152/
• 关键词: ケミカルバイオロジー; 触媒化学; リン酸エステル化; 光触媒; タンパク質修飾

タンパク質のリン酸化は生命活動において必須の翻訳後修飾の一つであり、リン酸化酵素などの変異が原因となる疾患も数多く知られている。したがって、細胞内におけるタンパク質のリン酸化状態を人工化学触媒によって操作できれば、治療への応用が期待できる。本研究では、生理条件下でのタンパク質中セリン残基選択的な触媒的リン酸モノエステル化反応の開発を目的とする。生理条件下でのタンパク質中セリン残基選択的リン酸化には、他の求核性アミノ酸残基との化学選択性と、求核力の類似した水とアルコール間の区別という課題を解決しなければならない。申請者は、ホスホエノールピルビン酸(PEP)が課題解決の鍵であると考えた。PEPの動的平衡の中で最も熱力学的に安定なアルコールの修飾が優先することで化学選択性は実現可能である。また、水中で安定なPEPを触媒的にタンパク質近傍で活性化できれば、近接効果によりアルコールと水を区別できると考えられる。まず、PEPのリン酸脱離基としてジヒドロピリジン骨格の検討を実施した。リン酸ジヒドロピリジンは酸化によりリン酸ピリジニウム種を生成しアルコールのリン酸化に至る。温和な条件での活性化を目指し、水素放出を酸化の駆動力とした光触媒、水素原子移動触媒、コバルト触媒によるハイブリッド触媒系による酸化法を設計した。本触媒系により1-ジフェニルリン酸-3,5-カルボニルエトキシ-1,4-ジヒドロピリジンを酸化し、アルコールのリン酸トリエステル化が中程度の収率で進行することを見出した。今後は、収率と官能基許容性の向上に取り組む予定である。さらに、ジヒドロピリジンを脱離基としたPEP誘導体を合成し、光触媒を連結したセリン含有モデルペプチドに対して生理条件下でのリン酸化を試みる。

蛋白质磷酸化是生命活动所必需的翻译后修饰之一，已知许多疾病是由磷酸化酶的突变引起的。因此，如果可以使用人工化学催化剂来操纵细胞中蛋白质的磷酸化状态，我们就可以期待其治疗应用。本研究的目的是开发生理条件下蛋白质中丝氨酸残基的选择性催化磷酸单酯化反应。生理条件下蛋白质中丝氨酸残基的选择性磷酸化需要解决与其他亲核氨基酸残基的化学选择性问题以及区分具有相似亲核力的水和醇。申请人认为磷酸烯醇丙酮酸(PEP)是解决该问题的关键。通过优先修饰 PEP 动态平衡中热力学最稳定的醇，可以实现化学选择性。此外，如果在水中稳定的PEP可以在蛋白质附近被催化激活，则认为可以通过邻近效应来区分酒精和水。首先，我们研究了 PEP 中作为磷酸离去基团的二氢吡啶骨架。二氢吡啶磷酸盐氧化后生成磷酸吡啶鎓物质，导致醇的磷酸化。为了在温和条件下活化，我们设计了一种使用混合催化剂系统的氧化方法，该系统以氢气释放作为氧化驱动力，包括光催化剂、氢原子转移催化剂和钴催化剂。我们发现使用该催化剂体系可以氧化1-二苯基磷酸酯-3,5-羰基乙氧基-1,4-二氢吡啶，并且醇的磷酸三酯化反应以中等产率进行。未来，我们计划致力于提高产量和官能团耐受性。此外，我们合成了以二氢吡啶作为离去基团的PEP衍生物，并尝试在生理条件下磷酸化光催化剂连接的含丝氨酸模型肽。