JP2003246776A - Cross-linkable photochromic molecule and driving reagent for biofunctional molecule - Google Patents

Cross-linkable photochromic molecule and driving reagent for biofunctional molecule

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JP2003246776A
JP2003246776A JP2002046073A JP2002046073A JP2003246776A JP 2003246776 A JP2003246776 A JP 2003246776A JP 2002046073 A JP2002046073 A JP 2002046073A JP 2002046073 A JP2002046073 A JP 2002046073A JP 2003246776 A JP2003246776 A JP 2003246776A
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molecule
biofunctional
abdm
chemical
photochromic
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JP2002046073A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinsaku Maruta
晋策 丸田
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Tama TLO Co Ltd
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Tama TLO Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cross-linkable photochromic molecule which can make a biofunctional molecule change the structure reversibly and a driving reagent for the biofunctional molecule which can generate mechanical energy by photo- irradiation. <P>SOLUTION: The cross-linkable photochromic molecule is indicated in formula (8a) or (8b). The driving reagent for the biofunctional molecule is bonded to two thiol radicals in the biofunctional molecule via the maleinimide radicals in the formula (8a) or (8b) to cross-link the thiol radicals. The distance between the thiol radicals can be changed within a constant range by irradiation of an ultraviolet ray or a visible ray. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、架橋性フォトクロ
ミック分子および生体機能分子の駆動試薬に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a driving reagent for a crosslinkable photochromic molecule and a biofunctional molecule.

【0002】[0002]

【従来の技術】フォトクロミック分子は特定の波長の光
を吸収して可逆的に構造変化を起こす化合物であり、例
えばアゾベンゼン誘導体、メタシクロファン誘導体、フ
ルギド誘導体、ジチエニルエテン、スピロピラン誘導
体、アントラセンダイマー、スチルベン誘導体等が知ら
れている。これらのフォトクロミック分子は光記憶材
料、調光材料、表示材料、光スイッチ素子等に利用され
ている。
2. Description of the Related Art Photochromic molecules are compounds that reversibly change their structure by absorbing light of a specific wavelength, such as azobenzene derivatives, metacyclophane derivatives, fulgide derivatives, dithienylethene, spiropyran derivatives, anthracene dimers, stilbene derivatives. Etc. are known. These photochromic molecules are used in optical storage materials, light control materials, display materials, optical switch elements and the like.

【0003】アゾベンゼン誘導体は代表的なフォトクロ
ミック分子であり、光照射によりシス型−トランス型の
構造変化を起こす。アゾベンゼン誘導体に紫外線を照射
するとシス型(5a)となり、可視光線を照射するとト
ランス型(5b)となる。
The azobenzene derivative is a typical photochromic molecule and undergoes a cis-trans structure change upon irradiation with light. When the azobenzene derivative is irradiated with ultraviolet rays, it becomes a cis type (5a), and when it is irradiated with visible light, it becomes a trans type (5b).

【0004】[0004]

【化5】 [Chemical 5]

【0005】アゾベンゼン誘導体のこのような性質は、
例えば分子シャトルの駆動制御に利用できる。図3
(a)に示すように、ダンベル状の分子1に輪状の分子
2をはめ込んだ形の分子はロタキサンと呼ばれる。図3
(b)に示すように、軸部分の2箇所に輪状の分子2と
の相互作用が比較的強い部分(ステーション)3a、3
bを設けておくと、輪状の分子2はステーション3a、
3bの間を往復する(分子シャトル)。
Such properties of the azobenzene derivative are
For example, it can be used for drive control of a molecular shuttle. Figure 3
As shown in (a), a molecule in which a ring-shaped molecule 2 is fitted into a dumbbell-shaped molecule 1 is called a rotaxane. Figure 3
As shown in (b), the portions (stations) 3a, 3 where the interaction with the ring-shaped molecule 2 is relatively strong at two locations on the shaft portion.
If b is provided, the ring-shaped molecule 2 is station 3a,
Reciprocates between 3b (Molecular shuttle).

【0006】分子を部品として、分子間相互作用を利用
してマイクロ−ナノマシンあるいは分子デバイス等の分
子集合体を構築するナノテクノロジーは、近年、注目を
集めている。マイクロ−ナノマシン等の分子集合体で
は、駆動や制御にも分子間相互作用が利用される。
In recent years, nanotechnology for constructing a molecular assembly such as a micro-nanomachine or a molecular device by using an intermolecular interaction with a molecule as a part has been attracting attention. In a molecular assembly such as a micro-nano machine, intermolecular interaction is used for driving and controlling.

【0007】式(6)はロタキサンの一例を示す。式
(6)のロタキサンは軸部分にアゾベンゼン誘導体が導
入され、輪状の分子としてシクロデキストリンが用いら
れている。
Formula (6) shows an example of rotaxane. In the rotaxane of the formula (6), an azobenzene derivative is introduced into the shaft portion, and cyclodextrin is used as a ring-shaped molecule.

【0008】[0008]

【化6】 [Chemical 6]

【0009】式(6)のロタキサンは、アゾベンゼンの
シス型−トランス型の構造変化に応じて、図4に模式的
に示すように軸部分4が屈伸する。軸部分4が折れ曲が
ると、シクロデキストリン5は移動できず、分子シャト
ルが停止する。アゾベンゼンの構造変化は光照射により
制御されるため、分子シャトルも光照射により制御可能
である。
In the rotaxane of the formula (6), the shaft portion 4 bends and stretches as schematically shown in FIG. 4 in response to the cis-trans structure change of azobenzene. When the shaft portion 4 bends, the cyclodextrin 5 cannot move and the molecular shuttle stops. Since the structural change of azobenzene is controlled by light irradiation, the molecular shuttle can also be controlled by light irradiation.

【0010】また、メタシクロファン−エンは可視光線
の照射により開環構造(7a)となり、紫外線の照射に
より閉環構造(7b)となる。この構造変化を利用し
て、分子認識や金属認識のオン・オフを光照射により切
替えることができる(光スイッチング)。メタシクロフ
ァン−エンには、カリックスアレーン等の分子認識部位
Sを導入しておく。あるいは、リガンド等の金属認識部
位を導入してもよい。
Further, metacyclophane-ene becomes a ring-opening structure (7a) by irradiation with visible light, and becomes a ring-closing structure (7b) by irradiation of ultraviolet rays. By utilizing this structural change, molecular recognition and metal recognition can be switched on / off by light irradiation (optical switching). A molecular recognition site S such as calixarene is introduced into metacyclophane-ene. Alternatively, a metal recognition site such as a ligand may be introduced.

【0011】[0011]

【化7】 [Chemical 7]

【0012】閉環構造(7b)では分子認識部位Sが互
いに離れた位置で固定されているため、認識の対象とな
る分子(ゲスト分子)を捕捉できない(オフ状態)。一
方、開環構造(7a)をとると、分子認識部位Sの可動
範囲が拡がり(オン状態)、一対の分子認識部位Sを近
接させることが可能となる(7c)。したがって、分子
認識部位Sにゲスト分子を取り込むことが可能となる
(7d)。このように、メタシクロファン−エン誘導体
は、分子や金属の認識あるいは捕捉を光照射により制御
できる。
In the ring-closed structure (7b), since the molecular recognition sites S are fixed at positions distant from each other, the molecule (guest molecule) to be recognized cannot be captured (OFF state). On the other hand, when the ring-opening structure (7a) is taken, the movable range of the molecular recognition site S is expanded (on state), and the pair of molecular recognition sites S can be brought close to each other (7c). Therefore, the guest molecule can be incorporated into the molecular recognition site S (7d). Thus, the metacyclophane-ene derivative can control the recognition or capture of molecules and metals by light irradiation.

【0013】また、フルギド誘導体は光照射による構造
変化に伴い、可逆的に色変化する。フルギド誘導体は紫
外線照射により閉環構造となり、赤色に変化する。ま
た、可視光線を照射すると開環構造となり、無色にな
る。フルギド誘導体を高分子液晶に分散あるいは共重合
させた材料では、フォトクロミック分子の構造変化を利
用して、液晶の配向状態や複屈折率を可逆的に変化させ
ることができる。以上のように、アゾベンゼン等のフォ
トクロミック分子は多様な用途があり、マイクロ−ナノ
マシンや機能材料等への応用が活発に研究されている。
Further, the fulgide derivative reversibly changes color in accordance with the structural change caused by light irradiation. The fulgide derivative has a ring-closed structure upon irradiation with ultraviolet light and changes to red. When it is irradiated with visible light, it becomes a ring-opened structure and becomes colorless. A material obtained by dispersing or copolymerizing a fulgide derivative in a polymer liquid crystal can reversibly change the alignment state and birefringence of the liquid crystal by utilizing the structural change of the photochromic molecule. As described above, photochromic molecules such as azobenzene have various uses, and their applications to micro-nanomachines and functional materials are being actively researched.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来のフォトクロミック分子は、光照射による分子自体
の色の変化が利用されたり、単なるスイッチングに利用
されたりしているに過ぎず、高分子に構造変化を起こす
駆動力の発生源として設計されていない。一方、高分子
の生体機能分子であるタンパク質は、化学反応を行う酵
素として利用されることがほとんどである。タンパク質
の高次構造の変化を機械的エネルギーとして利用する人
工的なマイクロ−ナノマシン等は実用化されていない。
However, the above-mentioned conventional photochromic molecule is merely used for the change of color of the molecule itself due to light irradiation, or is merely used for switching, and has a polymer structure. Not designed as a source of driving force to change. On the other hand, proteins, which are macromolecular biofunctional molecules, are mostly used as enzymes that perform chemical reactions. Artificial micro-nanomachines and the like that utilize changes in the higher-order structure of proteins as mechanical energy have not been put to practical use.

【0015】従来、タンパク質を化学修飾するための多
様な試薬が開発されているが、これらは基本的に、タン
パク質の高次構造に極力影響を与えずに、タンパク質の
特定の部位に局所的な構造変化を起こすように設計され
ている。また、一般にタンパク質は温度、塩濃度、pH
等の環境条件に応じて、あるいは特定の金属イオンや補
酵素等の存在によって構造変化を起こすが、可逆的な構
造変化は限られる。
Conventionally, various reagents for chemically modifying a protein have been developed, but basically, these do not affect the higher-order structure of the protein as much as possible, and are localized at a specific site of the protein. Designed to cause structural changes. In addition, proteins generally have temperature, salt concentration, and pH.
Structural changes occur depending on the environmental conditions such as or due to the presence of specific metal ions or coenzymes, but the reversible structural changes are limited.

【0016】タンパク質が可逆的に構造変化する場合で
あっても、そのような構造変化が起こる条件に短時間で
変更したり、異なる構造に任意の時間間隔で交互に変化
させたりすることは容易ではない。したがって、タンパ
ク質を用いてマイクロ−ナノマシン等を構築するには、
タンパク質の環境(溶液の組成や温度)を変化させず
に、タンパク質の高次構造を変化させる手段が必要とな
る。
Even when a protein undergoes a reversible structural change, it is easy to change the conditions under which such a structural change occurs in a short time or to change the structure to a different structure alternately at arbitrary time intervals. is not. Therefore, in order to construct a micro-nanomachine etc. using proteins,
A means for changing the higher-order structure of the protein is required without changing the environment of the protein (solution composition or temperature).

【0017】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、したがって本発明は、生体機能分子に構造変
化を可逆的に起こすことができる架橋性フォトクロミッ
ク分子を提供することを目的とする。また、本発明は、
光照射により生体機能分子で微小な機械的エネルギーを
産生できる生体機能分子の駆動試薬を提供することを目
的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and therefore an object of the present invention is to provide a crosslinkable photochromic molecule capable of reversibly causing a structural change in a biofunctional molecule. . Further, the present invention is
It is an object of the present invention to provide a biofunctional molecule driving reagent capable of producing minute mechanical energy in a biofunctional molecule by light irradiation.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の架橋性フォトクロミック分子は、式(1)
または(2)で表される構造を有することを特徴とす
る。これにより、例えばタンパク質等の高分子中の2つ
のチオール基を架橋し、チオール基の間隔を照射光の波
長に応じて、所定の範囲で変化させることが可能とな
る。また、本発明の架橋性フォトクロミック分子は、チ
オール基との結合部分がN−置換マレイミドであること
から、チオール基との反応が穏和な条件で進行する。
In order to achieve the above object, the crosslinkable photochromic molecule of the present invention has the formula (1)
Alternatively, it has a structure represented by (2). Thereby, for example, it becomes possible to crosslink two thiol groups in a polymer such as a protein and change the distance between the thiol groups within a predetermined range according to the wavelength of irradiation light. Further, in the crosslinkable photochromic molecule of the present invention, since the binding portion with the thiol group is an N-substituted maleimide, the reaction with the thiol group proceeds under mild conditions.

【0019】あるいは、本発明の架橋性フォトクロミッ
ク分子は、式(3)および(4)に示すように、特定の
アミノ酸残基と結合する基が導入されたものであっても
よい。この場合も、架橋部分の長さを光照射により変化
させることができる。
Alternatively, the crosslinkable photochromic molecule of the present invention may be one in which a group that binds to a specific amino acid residue is introduced, as shown in formulas (3) and (4). Also in this case, the length of the crosslinked portion can be changed by irradiation with light.

【0020】上記の目的を達成するため、本発明の生体
機能分子の駆動試薬は、式(1)または(2)で表され
る構造を有することを特徴とする。これにより、光照射
によりタンパク質等の生体機能分子の構造を一定の範囲
で可逆的に変化させることが可能となる。したがって、
生体機能分子を用いて分子モーターやマイクロ−ナノマ
シン等を構築することが可能となる。
In order to achieve the above object, the driving reagent for a biofunctional molecule of the present invention is characterized by having a structure represented by the formula (1) or (2). This makes it possible to reversibly change the structure of biofunctional molecules such as proteins within a certain range by light irradiation. Therefore,
It becomes possible to construct molecular motors, micro-nanomachines, etc. using biofunctional molecules.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の架橋性フォトク
ロミック分子および生体機能分子の駆動試薬の実施の形
態について、図面を参照して説明する。 (実施形態1)本実施形態の架橋性フォトクロミック分
子 4,4'-アゾベンゼンジマレイミド(4,4'-azo-benzene
-di-maleimide(ABDM))は次式(8a)または(8b)で
表される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the crosslinkable photochromic molecule and the driving reagent for biofunctional molecules of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) Crosslinkable photochromic molecule 4,4'-azobenzenedimaleimide (4,4'-azo-benzene) of the present embodiment
-di-maleimide (ABDM)) is represented by the following formula (8a) or (8b).

【0022】[0022]

【化8】 [Chemical 8]

【0023】ABDMはタンパク質に結合する2つのマ
レイミド基と、光駆動するアゾベンゼンから構成され
る。2つのベンゼン環は照射される光の波長に応じてシ
ス型とトランス型をとる。紫外線照射によりシス型(8
a)となり、可視光線照射によりトランス型(8b)と
なる。
ABDM is composed of two maleimide groups that bind to proteins and azobenzene that is photo-driven. The two benzene rings have a cis type and a trans type depending on the wavelength of the irradiated light. Cis type (8
a) and becomes a trans type (8b) by irradiation with visible light.

【0024】マレイミド基はタンパク質中のシステイン
残基に特異的に結合する。一般に、N−置換マレイミド
(9a)はチオール(9b)と穏和な条件(室温、pH
5〜9程度の中性)で数分以内に反応し、チオエーテル
(9c)が形成される。
The maleimide group binds specifically to cysteine residues in proteins. Generally, the N-substituted maleimide (9a) is mild to the thiol (9b) (room temperature, pH).
It reacts within a few minutes at about 5 to 9 neutral) to form the thioether (9c).

【0025】[0025]

【化9】 [Chemical 9]

【0026】したがって、ABDMによればタンパク質
の分子内の2つのシステイン残基が架橋される。架橋ス
パン(クロスリンクスパン)は、ABDMのシス型−ト
ランス型の構造変化に応じて変化する。クロスリンクス
パンはシス型のABDMで5〜6Å、トランス型のAB
DMで15〜16Åとなる。
Therefore, according to ABDM, two cysteine residues in the protein molecule are cross-linked. The cross-linking span (cross-link span) changes according to the cis-trans structure change of ABDM. Cross-link span is 5-6Å with cis type ABDM, transformer type ABDM
It becomes 15-16Å in DM.

【0027】シス型のABDMとトランス型のABDM
では吸収スペクトルにおける吸収極大波長が異なり、こ
れに基づいてシス型とトランス型を識別できる。ABD
Mに紫外線を照射してシス型にすると、吸収極大波長は
325nmとなる。また、ABDMに可視光線を照射し
てトランス型にすると、吸収極大波長は345nmとな
る。
Cis type ABDM and trans type ABDM
, The absorption maximum wavelength in the absorption spectrum is different, and cis type and trans type can be distinguished based on this. ABD
When M is irradiated with ultraviolet rays to form a cis type, the maximum absorption wavelength is 325 nm. Further, when the ABDM is irradiated with visible light to form a trans type, the absorption maximum wavelength becomes 345 nm.

【0028】図1は、トランス型のABDMに紫外線を
照射して、シス型に変化させたときの吸収スペクトルの
変化を示す。ABDMには水銀ランプ(115V、0.
16A)を光源とする波長366nmの紫外線を照射し
た。溶媒は70%エタノールを用い、紫外線の照射は室
温で行った。図1に示すように、トランス型のABDM
(0min)での吸収極大波長は345nmであるが、
紫外線照射の開始後、時間の経過に伴って吸収極大波長
は短波長側の325nmにシフトする。
FIG. 1 shows a change in absorption spectrum when a trans ABDM is irradiated with ultraviolet rays to be changed to a cis type. A mercury lamp (115V, 0.
Ultraviolet light having a wavelength of 366 nm was irradiated using 16A) as a light source. 70% ethanol was used as a solvent, and ultraviolet irradiation was performed at room temperature. As shown in FIG. 1, a transformer-type ABDM
The absorption maximum wavelength at (0 min) is 345 nm,
The absorption maximum wavelength shifts to 325 nm on the short wavelength side with the passage of time after the start of ultraviolet irradiation.

【0029】図2は、シス型のABDMに可視光線を照
射して、トランス型に変化させたときの吸収スペクトル
の変化を示す。ABDMには蛍光灯(27W)を照射し
た。溶媒は70%エタノールを用い、可視光線の照射は
室温で行った。図2に示すように、シス型のABDM
(0min)での吸収極大波長は325nmであるが、
可視光線照射の開始後、時間の経過に伴って吸収極大波
長は長波長側の345nmにシフトする。ABDMがト
ランス型からシス型、あるいはシス型からトランス型に
変化する速度は、試料濃度と光源の出力に依存して変化
する。
FIG. 2 shows a change in absorption spectrum when a cis type ABDM is irradiated with visible light and changed to a trans type. The ABDM was illuminated with a fluorescent lamp (27 W). 70% ethanol was used as a solvent, and irradiation with visible light was performed at room temperature. As shown in Fig. 2, cis-type ABDM
The absorption maximum wavelength at (0 min) is 325 nm,
The absorption maximum wavelength shifts to 345 nm on the long wavelength side with the passage of time after the start of visible light irradiation. The rate at which the ABDM changes from the trans type to the cis type or from the cis type to the trans type changes depending on the sample concentration and the output of the light source.

【0030】タンパク質分子内の2つのシステイン残基
をABDMによって架橋しておき、光照射によりABD
Mをシス型−トランス型の間で構造変化させた場合、タ
ンパク質分子に構造変化を起こすことができる。すなわ
ち、光照射によるABDMの構造変化は、タンパク質の
構造変化の駆動力として利用可能である。また、レーザ
ーパルス光を用いれば、ABDMのシス型−トランス型
の変化を高速で交互に起こすことも可能である。
Two cysteine residues in the protein molecule have been cross-linked by ABDM, and the ABD is exposed to light.
When M is structurally changed between cis type and trans type, a structural change can be caused in the protein molecule. That is, the structural change of ABDM due to light irradiation can be used as a driving force for the structural change of protein. Further, by using the laser pulse light, it is possible to cause the cis-trans type change of the ABDM alternately at high speed.

【0031】次に、ABDMの合成方法を説明する。 (I) 4,4'-アゾアニリン(4,4'-azoaniline )と無水
マレイン酸のカップリング 式(10)に示すように、236μmolの 4,4'-アゾ
アニリン(a)と472μmolの無水マレイン酸を
2.6mlのテトラヒドロフラン(THF)中、4℃で
22時間反応させた。懸濁した反応液を低速遠心し、沈
殿を回収した。回収された沈殿物に再び2.6mlのT
HFを加えて懸濁させた後、遠心を行い、化合物(b)
を得た。
Next, a method for synthesizing ABDM will be described. (I) Coupling of 4,4′-azoaniline (4,4′-azoaniline) and maleic anhydride As shown in the formula (10), 236 μmol of 4,4′-azoaniline (a) and 472 μmol of maleic anhydride are used. Was reacted in 2.6 ml of tetrahydrofuran (THF) at 4 ° C. for 22 hours. The suspended reaction solution was centrifuged at low speed to collect the precipitate. 2.6 ml of T was added to the recovered precipitate.
After adding HF and suspending, centrifugation was performed to obtain the compound (b).
Got

【0032】[0032]

【化10】 [Chemical 10]

【0033】(II)脱水縮合によるマレイミド基の形成 式(11)に示すように、化合物(b)の沈殿を2.6
mlのTHFに懸濁し、0.5mlの無水酢酸および5
0mgの無水酢酸ナトリウムとともに小試験管に移して
真空封管を行い、100℃で22時間加熱した。生成物
(ABDM)が可溶化している反応液に、10mlの水
を加えて4℃で10分間攪拌した。不溶化したABDM
を低速遠心して回収した。回収されたABDMに再び1
0mlの水を加えて洗浄し、低速遠心して回収した。ロ
ータリーエバポレーターと高真空ポンプを用いて水を乾
燥させ、化合物(c)を得た。
(II) Formation of Maleimide Group by Dehydration Condensation As shown in formula (11), the precipitation of compound (b) is 2.6.
Suspend in 0.5 ml of THF, add 0.5 ml of acetic anhydride and 5
It was transferred to a small test tube together with 0 mg of anhydrous sodium acetate, vacuum-sealed, and heated at 100 ° C. for 22 hours. 10 ml of water was added to the reaction solution in which the product (ABDM) was solubilized, and the mixture was stirred at 4 ° C for 10 minutes. Insolubilized ABDM
Was collected by low speed centrifugation. 1 again for the collected ABDM
It was washed by adding 0 ml of water, and was collected by low speed centrifugation. Water was dried using a rotary evaporator and a high vacuum pump to obtain a compound (c).

【0034】[0034]

【化11】 [Chemical 11]

【0035】化合物(c)は、シリカゲルプレートを用
いた薄層クロマトグラフィー(TLC)において、移動
相を1−ブタノール:酢酸:水=5:2:3としたと
き、Rf値0.82のシングルスポットを示した。ま
た、質量分析において、化合物(c)はABDMに一致
する分子量を示した。
Compound (c) is a single layer having an Rf value of 0.82 when the mobile phase is 1-butanol: acetic acid: water = 5: 2: 3 in thin layer chromatography (TLC) using a silica gel plate. Spotted. Further, in the mass spectrometry, the compound (c) showed a molecular weight corresponding to ABDM.

【0036】上記の製造方法により製造されたABDM
を生体機能分子に結合させ、例えばパルスレーザーを用
いて紫外線と可視光線を一定の周期で交互に照射すれ
ば、生体機能分子を周期的に駆動することも可能であ
る。また、パルスレーザーを用いずに、連続発振レーザ
ーあるいはレーザー以外の定常光の光源を用い、光路上
にシャッター等を設けて紫外線と可視光線の交互照射を
行うこともできる。
ABDM manufactured by the above manufacturing method
It is also possible to cyclically drive the biofunctional molecule by binding the biofunctional molecule to the biofunctional molecule and alternately irradiating it with ultraviolet rays and visible light at a constant cycle using, for example, a pulse laser. Instead of using a pulsed laser, a continuous wave laser or a light source for stationary light other than a laser may be used, and a shutter or the like may be provided on the optical path to alternately irradiate ultraviolet rays and visible light.

【0037】(実施形態2)本実施形態のタンパク質駆
動試薬は次式(12a)または(12b)で表され、A
BDMのマレイミド基の少なくとも一方を、特定のアミ
ノ酸残基に共有結合する他の基、あるいは特定のタンパ
ク質と強く相互作用する化合物に置換したものである。
(Embodiment 2) The protein-driven reagent of this embodiment is represented by the following formula (12a) or (12b):
At least one of the maleimide groups of BDM is replaced with another group that covalently bonds to a specific amino acid residue or a compound that strongly interacts with a specific protein.

【0038】[0038]

【化12】 [Chemical 12]

【0039】ここで、X、Yは同一または異なる基を表
す。Xおよび/またはYに導入できる基としては、例え
ばアミノ基に選択的に結合するスクシンイミジルエステ
ル(13a)、イソチオシアネート(13b)(−N=
C=S)(2)、スルホニルクロライド(−SO2
l)(13c)が挙げられる。
Here, X and Y represent the same or different groups. Examples of groups that can be introduced into X and / or Y include succinimidyl ester (13a) and isothiocyanate (13b) (-N =
C = S) (2), sulfonyl chloride (-SO 2 C
l) (13c).

【0040】また、アルデヒド(13d)はアミノ基と
反応してシッフ塩基を形成する。シッフ塩基を還元する
と、安定な化合物が得られる。また、フタルアルデヒド
(13e)は2−メルカプトエタノールのような還元剤
の存在化でアミノ基と反応する。これらの(13a)〜
(13e)はタンパク質のN末端やリシン残基のε−ア
ミノ基に結合する。
The aldehyde (13d) reacts with the amino group to form a Schiff base. Reduction of the Schiff base gives stable compounds. Further, phthalaldehyde (13e) reacts with an amino group in the presence of a reducing agent such as 2-mercaptoethanol. These (13a) ~
(13e) binds to the N-terminal of the protein or the ε-amino group of the lysine residue.

【0041】[0041]

【化13】 [Chemical 13]

【0042】また、チオール基に選択的に結合する基と
しては、上記のマレイミド基の他に、例えばベンゾフラ
ザン(ベンゾオキサジアゾール)(14a)、ヨードア
セトアミド(14b)、アジリジン(14c)が挙げら
れる。また、チオール基と反応する 5,5'-ジチオビス
(2-ニトロ安息香酸)(エルマン試薬またはDTNB)
(14d)や 2,2'-ジピリジルジスルフィド(14e)
等のシンメトリックジスルフィド化合物をマレイミド基
のかわりに導入してもよい。
Examples of the group which selectively bonds to the thiol group include benzofurazan (benzooxadiazole) (14a), iodoacetamide (14b) and aziridine (14c) in addition to the above maleimide group. . Also, 5,5'-dithiobis (2-nitrobenzoic acid) that reacts with thiol groups (Ellman's reagent or DTNB)
(14d) and 2,2'-dipyridyl disulfide (14e)
A symmetric disulfide compound, such as, may be introduced instead of the maleimide group.

【0043】[0043]

【化14】 [Chemical 14]

【0044】あるいは、ABDMのマレイミド基をアビ
ジンとビオチン、抗原と抗体、受容体(レセプター)と
リガンドのように、特異的に強く結合することが知られ
ている系の一方に置換してもよい。例えばビオチン等の
低分子化合物をマレイミド基のかわりにABDMに導入
すれば、アビジン等のタンパク質を架橋することができ
る。
Alternatively, the maleimide group of ABDM may be replaced with one of the systems known to specifically bind strongly, such as avidin and biotin, antigen and antibody, and receptor and ligand. . For example, if a low molecular weight compound such as biotin is introduced into the ABDM instead of the maleimide group, a protein such as avidin can be crosslinked.

【0045】式(12)のXおよび/またはYには、上
記以外にアジドやジアゾアセチル等、ニトレンやカルベ
ンの前駆体を導入してもよい。アジド(15a)やジア
ゾアセチル(16a)は、光アフィニティラベリング用
試薬の反応基として汎用されている。
In addition to the above, a precursor of nitrene or carbene such as azide or diazoacetyl may be introduced into X and / or Y of the formula (12). Azide (15a) and diazoacetyl (16a) are commonly used as a reactive group of a reagent for photoaffinity labeling.

【0046】光アフィニティラベリングは、光照射によ
り活性化される反応基を予めリガンドに導入しておき、
特異的な結合を利用してリガンドをタンパク質の特定の
部位に吸着させた状態で、光照射によりリガンドをタン
パク質に結合させる方法である。
In photoaffinity labeling, a reactive group activated by light irradiation is introduced into a ligand in advance,
It is a method of binding a ligand to a protein by light irradiation in a state where the ligand is adsorbed to a specific site of the protein by utilizing specific binding.

【0047】アジド(15a)に光照射して生成するニ
トレン(15b)や、ジアゾアセチル(16a)に光照
射して生成するカルベン(16b)は、C−H結合への
挿入、芳香環を含む二重結合への付加、水素引き抜き反
応等、多様な反応を起こすため、反応基自体の結合部位
選択性は乏しい。しかしながら、光アフィニティラベリ
ングを利用することにより、生体機能分子の特定の箇所
をフォトクロミック分子で架橋することも可能である。
The nitrene (15b) produced by irradiating the azide (15a) with light and the carbene (16b) produced by irradiating the diazoacetyl (16a) with each other include an insertion into a C—H bond and an aromatic ring. Since various reactions such as addition to double bond and hydrogen abstraction reaction occur, the binding site selectivity of the reactive group itself is poor. However, by utilizing photoaffinity labeling, it is also possible to crosslink a specific site of a biofunctional molecule with a photochromic molecule.

【0048】[0048]

【化15】 (式中、R1 〜R6 は水素または炭化水素を示す。炭化
水素に置換基が導入されていてもよい。)
[Chemical 15] (In the formula, R 1 to R 6 represent hydrogen or hydrocarbon. A substituent may be introduced into the hydrocarbon.)

【0049】[0049]

【化16】 (式中、R1 〜R6 は水素または炭化水素を示す。炭化
水素に置換基が導入されていてもよい。)
[Chemical 16] (In the formula, R 1 to R 6 represent hydrogen or hydrocarbon. A substituent may be introduced into the hydrocarbon.)

【0050】また、ABDMおよびその誘導体におい
て、ベンゼン環とマレイミド基あるいはその置換基(ま
たは化合物)との間に、特定の長さのスペーサーを設け
てもよい。但し、ABDM誘導体のクロスリンクスパン
の変化を正確に制御する上では、スペーサーは剛性の高
い基であることが好ましい。
In the ABDM and its derivatives, a spacer having a specific length may be provided between the benzene ring and the maleimide group or its substituent (or compound). However, in order to accurately control the change in the crosslink span of the ABDM derivative, the spacer is preferably a group having high rigidity.

【0051】上記の本発明の実施形態の架橋性フォトク
ロミック分子および生体機能分子の駆動試薬によれば、
生体機能分子に特定の構造変化を可逆的に起こすことが
可能となる。したがって、本実施形態の架橋性フォトク
ロミック分子は、タンパク質の研究用試薬として有用で
ある。
According to the above-described driving reagent for the crosslinkable photochromic molecule and the biofunctional molecule of the present invention,
It becomes possible to reversibly cause a specific structural change in a biofunctional molecule. Therefore, the crosslinkable photochromic molecule of the present embodiment is useful as a reagent for protein research.

【0052】また、本実施形態の生体機能分子の駆動試
薬を用いてタンパク質の異なる部位を架橋することによ
り、光照射によって駆動・制御できる数10nm程度の
大きさの分子モーターあるいはマイクロ−ナノマシン等
が構築できる。このようなマイクロ−ナノマシン等は、
架橋部分の長さを5〜17Åの一定の範囲で変化させる
ことが可能であり、例えば医療分野等に応用できる。
By cross-linking different sites of the protein using the biofunctional molecule driving reagent of the present embodiment, a molecular motor or micro-nanomachine having a size of several tens of nanometers that can be driven and controlled by light irradiation can be provided. Can be built. Such a micro-nano machine etc.
The length of the cross-linked portion can be changed within a fixed range of 5 to 17Å, and can be applied to, for example, the medical field.

【0053】本発明の架橋性フォトクロミック分子およ
び生体機能分子の駆動試薬の実施形態は、上記の説明に
限定されない。例えば、生体機能分子は天然に存在する
タンパク質に限定されず、ABDMまたはその誘導体の
両端と特異的に結合する基または部位を含めば、タンパ
ク質のサブユニットや、発現系を用いて調製されたミュ
ータントのタンパク質、あるいはタンパク質と補酵素や
他の材料との複合体等であってもよい。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The embodiments of the crosslinkable photochromic molecule and the driving agent for the biofunctional molecule of the present invention are not limited to the above description. For example, a biofunctional molecule is not limited to a naturally occurring protein, and if it includes a group or site that specifically binds to both ends of ABDM or a derivative thereof, a subunit of the protein or a mutant prepared using an expression system is used. Or a complex of the protein with a coenzyme or another material. Besides, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明の架橋性フォトクロミック分子に
よれば、生体機能分子に構造変化を可逆的に起こすこと
が可能となる。本発明の生体機能分子の駆動試薬によれ
ば、光照射により微小な機械的エネルギーを連続的に産
生することが可能となる。
According to the crosslinkable photochromic molecule of the present invention, it becomes possible to reversibly cause a structural change in a biofunctional molecule. According to the biofunctional molecule driving reagent of the present invention, it becomes possible to continuously generate minute mechanical energy by light irradiation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は本発明の架橋性フォトクロミック分子に
紫外線を照射して、トランス型からシス型に変化させた
ときの吸収スペクトルを示す。
FIG. 1 shows an absorption spectrum when the crosslinkable photochromic molecule of the present invention is irradiated with ultraviolet rays to change from a trans type to a cis type.

【図2】図2は本発明の架橋性フォトクロミック分子に
可視光線を照射して、シス型からトランス型に変化させ
たときの吸収スペクトルを示す。
FIG. 2 shows an absorption spectrum when the crosslinkable photochromic molecule of the present invention is irradiated with visible light to change from cis type to trans type.

【図3】図3(a)および(b)は分子シャトルの模式
図である。
3 (a) and 3 (b) are schematic views of a molecular shuttle.

【図4】図4は従来の架橋性フォトクロミック分子を用
いた分子シャトルの制御を表す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing control of a molecular shuttle using a conventional crosslinkable photochromic molecule.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ダンベル状の分子、2…輪状の分子、3a、3b…
ステーション、4…軸部分、5…シクロデキストリン。
1 ... Dumbbell-shaped molecule, 2 ... Ring-shaped molecule, 3a, 3b ...
Station, 4 ... Shaft part, 5 ... Cyclodextrin.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】下記式(1)または(2)で表される架橋
性フォトクロミック分子。 【化1】 【化2】
1. A crosslinkable photochromic molecule represented by the following formula (1) or (2). [Chemical 1] [Chemical 2]
【請求項2】下記式(3)または(4)で表される架橋
性フォトクロミック分子。 【化3】 【化4】 (但し、各式中、XおよびYは同一または異なる基を表
し、Xおよび/またはYはスクシンイミジルエステル、
イソチオシアネート、スルホニルクロライド、アルデヒ
ド、フタルアルデヒド、マレイミド、ベンゾフラザン、
ヨードアセトアミド、アジリジン、ジスルフィド化合
物、ビオチン、アジド、ジアゾアセチルから選択される
ものとする。)
2. A crosslinkable photochromic molecule represented by the following formula (3) or (4). [Chemical 3] [Chemical 4] (However, in each formula, X and Y represent the same or different groups, X and / or Y are succinimidyl ester,
Isothiocyanate, sulfonyl chloride, aldehyde, phthalaldehyde, maleimide, benzofurazan,
It shall be selected from iodoacetamide, aziridine, disulfide compounds, biotin, azide, diazoacetyl. )
【請求項3】請求項1記載の式(1)または(2)で表
され、 マレイミド基を介して生体機能分子中の2つのチオール
基と結合して、前記チオール基の間を架橋し、 紫外線または可視光線の照射によって前記チオール基の
間隔を一定の範囲内で変化させる生体機能分子の駆動試
薬。
3. A compound represented by the formula (1) or (2) according to claim 1, which bonds with two thiol groups in a biofunctional molecule through a maleimide group to crosslink between the thiol groups, A reagent for driving a biofunctional molecule, which changes the distance between the thiol groups within a certain range by irradiation with ultraviolet rays or visible rays.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8697813B2 (en) 2011-02-28 2014-04-15 Korea Research Institute Of Bioscience And Biotechnology Reversible fluorescence photoswitch based on dye-crosslinked dendritic nanoclusters for high-contrast imaging of living biological systems
JP2020041981A (en) * 2018-09-13 2020-03-19 株式会社東芝 Organic substance probe and molecule detector

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US8697813B2 (en) 2011-02-28 2014-04-15 Korea Research Institute Of Bioscience And Biotechnology Reversible fluorescence photoswitch based on dye-crosslinked dendritic nanoclusters for high-contrast imaging of living biological systems
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