研究紹介
シトクロムP450を利用するバイオ触媒の開発
第2章: デコイ分子を用いたP450BM3等の機能改変
第3話「デコイ分子のフッ素原子からの脱却による構造多様性の拡大」
第2世代デコイ（PFC-AA型）によるP450BM3との共結晶構造の解析は、デコイ分子の構造多様性を大幅に拡大することにつながった。結晶構造を詳しく見てみると、PFC-AA型デコイはアミノ酸部分でP450BM3の基質ポケット入り口付近でしっかりと固定されているため、デコイ分子先端が明らかに活性中心のヘムから離れている。デコイ分子自体の水酸化を防ぐために導入したC-F結合であったが、「アミノ酸修飾により、デコイ先端がヘムに接触しないのであれば、C-F結合である必要性はないのではないか？」という仮説を立て、C-F結合を持たない中鎖脂肪酸にアミノ酸を修飾したFA(Fatty acid)-AA型(C9PheやC10Pheなど第3世代デコイ)を開発した。P450BM3による非天然基質の水酸化を行ったところ、仮説の通りに、C-F結合で保護しなくても、デコイ分子自身が水酸化されず、非天然基質の水酸化が進行し、デコイ分子として機能することが判明した。さらに驚くことに、脂肪酸のような直鎖状のカルボン酸だけでなく、イブプロフェンのような複雑な構造を有するカルボン酸など、天然基質とは大きく異なる構造でもアミノ酸修飾をすることでデコイ分子として機能することが確認された。さらに、図中のC7-Pro-Pheのようなアルキル鎖を修飾したジペプチドなどもデコイ分子として利用可能であった。特にC7-Pro-Pheでは、ベンゼンからフェノールへの直接変換反応を効率良く進行させ、毎分約260回転を観測した。 これまで、デコイ分子にはC-F結合が必須であると考えていたため、不活性なC-F結合を有するカルボン酸は化学変換が容易ではなく構造が限られ、デコイ分子の種類は大きく制限されていた。しかし、C-F結合がデコイ分子に必須ではないことが判明すると、アミノ酸修飾さえすれば、膨大な数の市販品や天然物のカルボン酸などもデコイ分子の候補となる可能性があり、デコイ分子の構造多様性は大きく拡大されることになった。デコイ分子はP450BM3の基質ポケットを部分的に占有することで、非天然基質に適した反応空間を構築する役割を持っている。様々な非天然基質に対して、それぞれ最適な反応空間を構築できるデコイ分子を設計することで、今まで以上に多くの種類の非天然基質をP450BM3で水酸化することが期待される。
詳しくはこちらの論文をご参照下さい。
- O. Shoji, S.Yanagisawa, J. Kyle Stanfield, K. Suzuki, Z. Cong, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe , " Direct Hydroxylation of Benzene to Phenol by Cytochrome P450BM3 Triggered by Amino Acid Derivatives ", Angew. Chem. Int. Ed., 56, 10324-10329 (2017). The frontispiece picture of issue 35.
http://dx.doi.org/10.1002/anie.201703461