抗腫瘍性抗生物質C-1027の分光学的解析と超天然物の創製

抗肿瘤抗生素C-1027的光谱分析和超自然产品的创造

• 批准号: 03J07202
• 负责人: 臼杵 豊展
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J07202/
• 关键词: 天然物化学; 同位体効果; 抗腫瘍性抗生物質; 高速液体クロマトグラフィー; エンジイン; ビラジカル; クロモフォア; アポタンパク質

強力な抗腫瘍性抗生物質C-1027は、クロモフォアとアポタンパク質の1対1の複合体である。クロモフォアは、エンジイン部位からパラベンザインビラジカルを発生し、DNAの水素を引き抜くことによって生理活性が発現する。一方、9本のβstrandからなるアポタンパク質は、疎水性の高いポケットを有しており、不安定なクロモフォアをこのポケットに包摂することによって、安定化している。ビラジカルはその高い反応性のため、アポタンパク質のGly96の水素も引き抜き、C-1027は自己分解する。そこでビラジカルの反応性を抑制するために、Glyを重水素化した人工分子を設計した。大腸菌発現系の培地に大量のglycine-d_5を添加することで、リコンビナント重水素化(D-Gly)アポタンパク質を調製した。HPLCテクニックを駆使し、調製したD-Glyアポタンパク質に極めて不安定なクロモフォアを取り込ませ複合化させた。得られたD-Gly C-1027と天然型(H-Gly)C-1027を、37℃で固体状態と溶液状態でそれぞれ静置して、クロモフォアの減少の度合いをHPLCにより分析した。すると速度論的同位体効果が、固体状態ではk_H/k_D=1.8、溶液状態ではk_H/k_D=4.1と求まった。これは半減期が、固体状態で7時間から12時間、溶液状態で37時間から151時間と飛躍的に向上したことを意味する。さらに、ヒト肝がん由来細胞JHH-7毒性試験に供したところ、37℃で2日間静置したD-Gly C-1027は、H-Gly C-1027よりもより低濃度で細胞増殖を阻害することが判明した。以上のように、ビラジカルの引き抜き部位を水素から重水素へ置換するという純粋かつ合理的な設計によって、天然物より安定な分子(超天然物)の創製に成功した。

有效的抗塑性抗生素C-1027是一个一对一的发色团和载脂蛋白。发色团从ENEDIINE部位产生羟基苯甲苯并Biradicals，并通过从DNA中提取氢而发展生理活性。另一方面，由9个β链的载蛋白具有高度疏水口袋，并通过将不稳定的发色团掺入该口袋中稳定。由于其高反应性，Biradicals还从载脂蛋白Gly96和C-1027自降解中提取氢。因此，为了抑制Biradicals的反应性，我们设计了一种由氘化的Gly制成的人工分子。通过向大肠杆菌表达系统的培养基中添加大量甘氨酸-D_5来制备重组脱位（D-GLY）载蛋白。使用HPLC技术，将极其不稳定的发色团纳入了制备的D-Gly顶蛋白中并结合。所获得的D-GLY C-1027和天然（H-Gly）C-1027分别处于固体和溶液状态下的37°C。然后确定动力学同位素效应在固态中为k_h/k_d = 1.8，在溶液状态下为k_h/k_d = 4.1。这意味着，半衰期在固态的7到12个小时，在溶液中已有37个小时。此外，当对人肝癌衍生的细胞进行JHH-7毒性测试D-GLY C-1027（在37°C下保存2天），抑制了比H- gly C-1027较低的细胞增殖。如上所述，我们成功地创建了一个分子（超天然产物），该分子比天然产物更稳定，它通过替换了从氢到氘的Biradicals的提取位点。

项目成果

Toyonobu Usuki, Masayuki Inoue, Masahiro Hirama, Toshiyuki Tanaka: "Rational Design of a Supra C-1027 : Kinetically Stabilized Analogue of the Antitumor Enediyne Chromoprotein"Journal of American Chemical Society. 126. 3022-3023 (2004)

Toyonobu Usuki、Masayuki Inoue、Masahiro Hirama、Toshiyuki Tanaka：“Supra C-1027 的合理设计：抗肿瘤烯二炔色素蛋白的动力学稳定类似物”美国化学会杂志。