JP2005314382A - アジド化アミノ糖ヌクレオチド及びその応用 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
下記式(I)で表されるアジド化アミノ糖ヌクレオチド及びその製造法に関するものである。
【化1】
(I)
(式中、Bは核酸塩基又はその誘導体を示す)
また、糖供与体として上記のアジド化アミノ糖ヌクレオチドを用い、糖転移酵素により受容体糖にN−アジドアセチル−α−D−グルコサミニル基又はN−アジドアセチル−α−D−ガラクトサミニル基を転移することを特徴とする、N−アジドアセチル−α−D−グルコサミニル基又はN−アジドアセチル−α−D−グルコサミニル基を含有するオリゴ糖の製造法に関するものである。
さらに、上記アジド化アミノ糖ヌクレオチド又はその誘導体を含有する糖転移酵素阻害剤に関するものである。
Description
本発明化合物は、前記式(I)で表されるアジド化アミノ糖ヌクレオチドである。
Bで示される「核酸塩基」とは、核酸に含まれるピリミジン塩基またはプリン塩基をいう。具体的には、ピリミジン塩基としては、4−アミノ−ピリミジン−2−オン(シトシン)、4−ヒドロキシ−5−メチル−ピリミジン−2−オン(チミン)、4−ヒドロキシ−ピリミジン−2−オン(ウラシル)等が挙げられる。プリン塩基としては、6−アミノプリン(アデニン)、2−アミノ−6−ヒドロキシプリン(グアニン)、2,6−ジヒドロキシプリン(キサンチン)、6−ヒドロキシプリン(ヒポキサンチン)等が挙げられる。
このような本発明化合物の中でも、Bがウラシル−1−イルである化合物、具体的には、ウリジン5’−(N−アジドアセチル−α−D−グルコサミニル)ジホスフェート、並びにウリジン5’−[2−{1H−[1,2,3]−4−カルボキシ−トリアゾリル}アセトアミド−2−デオキシ−α−D−ガラクトピラノシル]ジホスフェートが好適である。
本発明化合物は、式(III)化合物で示される単糖からベンジルアミンにより選択的に1位を脱保護することにより式(IV)化合物を得(第1工程)、得られた式(IV)化合物を2−クロロ−4H−1,3,2−ベンゾジオキサホスホリン−4−オンを用いてα選択的に亜リン酸化して式(V)化合物を得(第2工程)、得られた式(V)化合物を酸化反応に付してリン酸へと変換して式(VI)化合物を得(第3工程)、得られた式(VI)化合物とヌクレオシドモノホスホモルホリデート・4−モルホリン−N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド塩と用いてカップリング反応により保護基を有する式(VII)で表されるアジド化アミノ糖ヌクレオチドを得(第4工程)、保護基を脱保護して本発明のアジド化アミノ糖ヌクレオチド(式(I)化合物)を得る(第5工程)方法により合成することができる。
出発物質として用いる式(III)化合物のアジドアセチル化グルコサミン又はアジドアセチル化ガラクトサミンは、ハロゲン化酸無水物を用いてグルコサミン又はガラクトサミンのアミノ基をハロゲン化アセチル化した後、アジド基へと変換することで調製することが可能である(Journal of the American Chemical Society (2002), 124, 14893-14902)。
第2工程は、リン酸化剤2−クロロ−4H−1,3,2−ベンゾジオキサホスホリン−4−オンを用いた亜リン酸化反応により式(IV)化合物から式(V)化合物を得る工程である。
第3工程は、式(V)化合物をテトラブチルヒドロペルオキシドを用いた酸化反応に付して式(VI)化合物を得る工程である。
第4工程は、式(VI)化合物とヌクレオシドモノホスフェート誘導体とのカップリング反応により保護基を有する式(VII)で表されるアジド化アミノ糖ヌクレオチドを得る工程である。
第5工程は、式(VII)化合物の保護基を脱保護して本発明のアジド化アミノ糖ヌクレオチド(式(I)化合物)を得る工程である。
保護基の除去は、使用した保護基で常用されている方法に従って行うことができる。
本発明化合物の酵素的な製造法は、酵素だけを使用する方法と酵母菌体と酵素を併用する方法の2つの方法に分類される。
すなわち、ヌクレオシド5’−トリリン酸とN−アジドアセチルグルコサミン又はN−アジドアセチルガラクトサミンから下記式(I)で表されるアジド化アミノ糖ヌクレオチドを酵素的に製造するにあたり、酵素としてキナーゼ、ムターゼ及び糖ヌクレオチドピロホスホリラーゼから選ばれた2種以上の酵素を使用することを特徴とする、アジド化アミノ糖ヌクレオチドの酵素的製造法に関するものである。
また、酵素の遺伝子がクローン化されている場合には、そのクローン化された酵素遺伝子を用いて常法により大腸菌などを宿主として大量生産させ、当該組換え菌より当該酵素を調製することも可能である。
すなわち、N−アジドアセチルグルコサミン又はN−アジドアセチルガラクトサミンの簡便な調製法としては、2−アジド酢酸エチルをエタノールなどのアルコール系有機溶媒に溶解し、水酸化ナトリウムなどのアルカリを添加後、この液にグルコサミン又はガラクトサミンを添加し反応させるという簡便な方法で、目的とするN−アジドアセチルグルコサミン又はN−アジドアセチルガラクトサミンを調製することができる。
本発明のアジド化アミノ糖ヌクレオチド及びその誘導体は、通常の糖供与体と競合するため、糖転移酵素による糖鎖伸長が阻害され、このメカニズムにより、たとえば癌細胞の増殖を防ぐ阻害剤として充分な効果が期待できるものである。
受容体糖及び糖供与体としてのアジド化アミノ糖ヌクレオチドの使用濃度としては、約1〜200mMが好ましい。
(1)1,3,4,6−テトラ−O−アセチル−N−アジドアセチル−D−グルコサミンの合成
2−アジド酢酸エチル(1.3g、10mmol)をエタノール(20ml)に溶解し、0.1M水酸化ナトリウム水溶液(100ml)を添加した後、室温で10分間攪拌した。反応溶液にグルコサミン塩酸塩(2.2g、10mmol)を添加し、さらに30分攪拌した。反応溶液の溶媒を減圧濃縮することにより除去し、さらにDMFを加え減圧濃縮することを三回繰り返すことで水を除去した。反応残留物をDMF(10ml)に溶解し、トリエチルアミン(1.4ml、10mmol)とジフェニルフォスフォリルアジド(2.2ml、10mmol)を加え、室温で20時間攪拌した。反応溶液にピリジン(20ml)、4ジメチルアミノピリジン(1g、8.2mmol)を加え、さらに無水酢酸(10ml)をゆっくり添加し室温で5時間攪拌した。反応溶液にメタノールを加え反応を停止し、反応溶媒を減圧濃縮により除去した。シリカゲルクロマトグラフィ(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=2/1〜1/2)で精製することにより標記化合物(2.9g,収率67%)を得た。
1,3,4,6−テトラ−O−アセチル−N−アジドアセチルグルコサミン(980mg,2.3mmol)をテトラヒドロフラン(10ml)に溶解し、ベンジルアミン(300μl,2.7mmol)を添加し室温で1日攪拌した。反応溶液の溶媒を減圧濃縮することにより除去し、残留物をシリカゲルクロマトグラフィ(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=1/1〜1/2)で精製することにより標記化合物(850mg,収率96%)を得た。
N−アジドアセチル−3,4,6−トリ−O−アセチル−グルコサミン(590mg、1.5mmol)をテトラヒドロフラン(10ml)に溶解し、トリエチルアミン(422μl、3.0mmol)と2−クロロ−4H−1,3,2−ベンゾジオキサホスホリン−4−オン(338mg、1.7mmol)を加え、室温で1時間攪拌した。反応溶液を減圧濃縮し、残留物にテトラヒドロフランを加え、沈殿物をろ過により除去した。ろ液を減圧濃縮し溶媒を除去した後、残留物をシリカゲルクロマトグラフィ(展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)で精製することにより標記化合物(689mg、収率83%)を得た。
N−アジドアセチル−3,4,6−トリ−O−アセチル−α−D−グルコサミニルホスファイト(350mg、0.63mmol)をテトラヒドロフランに溶解し、イオン交換カラムクロマトグラフィ(Amberlite IR120、H+フォーム)によりリン酸塩を遊離した。溶出液を減圧濃縮し、残留物をテトラヒドロフラン(15ml)に溶解した。5.0Mテトラブチルヒドロペルオキシド溶液(600μl,3mmol)、ヨウ素(10mg,0.039mmol)添加し、室温で11時間攪拌した。硫化ジメチルを加えることにより反応を停止し、混合物を減圧濃縮することにより溶媒を除去した。残留物をシリカゲルクロマトグラフィ(展開溶媒:クロロホルム/メタノール/トリエチルアミン=100/100/1)で精製することによりN−アジドアセチル−3,4,6−トリ−O−アセチル−α−D−グルコサミニルリン酸2トリエチルアミン塩(266mg,収率63%)を得た。
N−アジドアセチル−3,4,6−トリ−O−アセチル−α−D−グルコサミニルリン酸2トリエチルアミン塩(26mg,0.039mmol)にピリジン(2ml)に溶解した。ウリジンモノホスホモルホリデート・4−モルホリン−N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド塩(32mg,0.47mmol)とテトラゾール(3mg,0.47mmol)を加え室温で2日間攪拌した。水を加えた後減圧濃縮することにより反応溶媒を除去し、イオン交換カラムクロマトグラフィ(現アマシャムバイオサイエンス社製デアエセルロース)(展開溶媒:炭酸水素アンモニウム緩衝液=0.01M〜0.2M)により分取を行い、減圧濃縮した。残留物をゲル濾過クロマトグラフィ(セファデックスG−10)により脱塩処理を行い、ジアンモニウムウリジン5’−(N−アジドアセチル−3,4,6−トリ−O−アセチル−α−D−グルコサミニル)ジホスフェートを(19mg,収率60%)得た。
ジアンモニウムウリジン5’−(N−アジドアセチル−3,4,6−トリ−O−アセチル−α−D−グルコサミニル)ジホスフェート(75mg,0.093mmol)を水(5ml)に溶解し、25%アンモニア水溶液を(5ml)を加え室温で3時間攪拌した。減圧濃縮することにより反応溶媒を除去しジアンモニウムウリジン5’−(N−アジドアセチル−α−D−グルコサミニル)ジホスフェートを(63mg,収率100%)得た。
ジアンモニウムウリジン5’−[2−{1H−[1,2,3]−4カルボキシ−トリアゾリル}アセトアミド−2−デオキシ−α−D−グルコピラノシル]ジホスフェートの合成
ジアンモニウムウリジン5’−(N−アジドアセチル−α−D−グルコサミニル)ジホスフェート(6.4mg,0.093mmol)をMeOH(3ml)に溶解し、ジイソプロピルエチルアミン(35μl、0.2mmol)、プロピオール酸(6μl、0.097mmol)、ヨウ化銅(2mg、0.011mmol)を加え室温で3時間攪拌した。反応溶液を減圧濃縮し、残留物をゲル濾過クロマトグラフィ(セファデックスG−10)により精製することでジアンモニウムウリジン5’−(2−{1H−[1,2,3]−4カルボキシ−トリアゾリル}アセトアミド−2−デオキシ−α−D−グルコピラノシル)ジホスフェートを(4.1mg,収率50%)得た。
(1)Haemophilus ducreyi β1,3−N−アセチルグルコサミン転移酵素をコードするlgtA遺伝子のクローニング
Haemophilus ducreyi 35000HPの染色体DNA(ATCC 700724D)を鋳型として、以下に示す2種類のプライマーDNAを常法に従って合成し、PCR法によりHaemophilus ducreyi lgtA遺伝子(EMBL / GENEBANK / DDBJ DATA BANKS、Accession No. AF536817)を増幅した。
プライマー(B):5'- atgtcgaccatgctgatttggaataacggg -3'
プラスミドpTrc-HDGnTを保持する大腸菌JM109菌を、100μg/mlのアンピシリンを含有する2xYT培地 50mlに植菌し、37℃で振とう培養した。1×108個/mlに達した時点で、培養液に最終濃度0.5 mMになるようにIPTGを添加し、20℃で20時間振とう培養を続けた。培養終了後、遠心分離(9,000xg, 20分)により菌体を回収し、5mlの緩衝液(50mM トリス塩酸(pH 7.5)、0.5M塩化ナトリウム、5mMメルカプトエタノール、10%(w/v)グリセロール、0.2%(w/v)CHAPS)に懸濁した。超音波処理を行って菌体を破砕し、さらに遠心分離(20,000xg、10分)により菌体残さを除去した。
10mM塩化マグネシウム、10mM塩化マンガン、20mMラクトース、UDP−N−アセチルグルコサミンを含有する100mM トリス塩酸緩衝液(pH7.5)に、β1,3−N−アセチルグルコサミン転移酵素を添加して30℃で4.5時間反応させた。また、β1,3−N−アセチルグルコサミン転移酵素の代わりにpTrc99Aを保持する大腸JM109株の菌体破砕液を用い同様の反応を行い、これをコントロールとした。
N−アジドアセチル−α−D−グルコサミニルβ1−3ラクトースの酵素合成
10mM塩化マグネシウム、10 mM塩化マンガン、20mM ラクトース、10mMジアンモニウムウリジン5’−(N−アジドアセチル−α−D−グルコサミニル)ジホスフェートを含む100mMトリス塩酸塩緩衝液(pH7.5)に、上記実施例2により調製したβ1,3−N−アセチルグルコサミン転移活性を有する酵素液(0.012units/ml反応液)を添加し、30℃で、24時間反応を行った。
反応液を90℃、3分間の熱処理を行った後、遠心分離(20,000xg、10分)により不溶性画分を除去した。Dionex DX−300による分析を行ったところ、糖受容体であるラクトースの減少から約3mMのN−アジドアセチル−α−D−グルコサミニルβ1−3ラクトースの生成が推定された。さらに当該処理液をダウエックス50W(H+)(ダウケミカル社製)、IRA410(OH−)(ローム・アンド・ハース社製)樹脂に通液し、減圧乾燥により乾固させた後、蒸留水で再度溶解させた試料をESI−イオントラップ質量分析装置(日立ハイテクノロジー社製)を用いて分析を行った結果、[M+Na]+(m/z610)及び[M+K]+(m/z626)のピークを検出したころから、N−アジドアセチル−α−D−グルコサミニルβ1−3ラクトースが生成したことを確認した。
(1)酵素液の調製
3種類の酵素(枯草菌グルコキナーゼ、酵母N−アセチルグルコサミン(GlcNAc)リン酸ムターゼ、ならびに大腸菌UDP−GlcNAcピロホスホリラーゼ)を含む酵素液を文献(Okuyama, K., et al., Biosci. Biotechnol. Biochem.,64(2),386-392(2000))に記載の方法で調製した。なお、各酵素活性も前述の文献記載の方法で測定した。
2−アジド酢酸エチル(5.3g、41mmol)をエタノール(41mL)に溶解し、1M水酸化ナトリウム水溶液(41mL)を添加した後、室温で10分間攪拌した。反応溶液にグルコサミン塩酸塩(8.0g、37mmol)を添加し、さらに30分攪拌した。反応溶液の溶媒を減圧濃縮することにより除去し、さらにジメチルホルムアミドを加え減圧濃縮することを三回繰り返すことで水を除去した。反応残留物をDMF(50mL)に溶解し、トリエチルアミン(5.7mL、41mmol)とジフェニルフォスフォリルアジド(8.7mL、41mmol)を加え、室温で1時間攪拌した。反応溶媒を減圧濃縮により除去し、残留物を逆相カラムクロマトグラフィー(WakogelR 50C18、20mL、展開溶媒:水)で精製することにより標記化合物(5.6g,収率58%)を得た。
100mMトリス塩酸緩衝液(pH7.8)、10mM塩化マグネシウム、0.1mM EDTA、5mM 5’−UTP・3Na、5mM N−アジドアセチル−D−グルコサミン、5mM 5’−ATP・3Na、20μMグルコース−1,6−二リン酸、3.7ユニット/mLグルコキナーゼ、2.5ユニット/mL GlcNAcリン酸ムターゼ、および1.1ユニット/mL UDP−GlcNAcピロホスホリラーゼを含む溶液0.5mLを調製し、37℃で反応を行った。
400mMグルコース、100mM N−アジドアセチル−D−グルコサミン、100mM 5’−UMP、200mM リン酸カリウム(pH8.0)、10mM塩化マグネシウム、5%(w/v)乾燥パン酵母(オリエンタル酵母工業)、4.9ユニット/mLグルコキナーゼ、3.3ユニット/mL GlcNAcリン酸ムターゼ、および1.5ユニット/mL UDP−GlcNAcピロホスホリラーゼを含む溶液5mLを調製し、撹拌しながら23℃で合成反応を実施した。反応開始16,24,40,48時間目に2Mのグルコース溶液を0.1mLずつ反応液に添加した。経時的に反応液の一部を採取し、HPLC分析を行った。ウリジン5’−(N−アジドアセチル−α−D−グルコサミニル)ジホスフェートの合成量は反応開始から経時的に増加し、反応64時間で54.6mMに達した(対N−アジドアセチル−D−グルコサミンモル収率54.6%)。
Claims (12)
- Bがウラシル−1−イルである、請求項1記載の化合物。
- 糖供与体として請求項1記載のアジド化アミノ糖ヌクレオチドを用い、糖転移酵素により受容体糖にN−アジドアセチル−α−D−グルコサミニル基又はN−アジドアセチル−α−D−ガラクトサミニル基を転移することを特徴とする、N−アジドアセチル−α−D−グルコサミニル基又はN−アジドアセチル−α−D−ガラクトサミニル基を含有するオリゴ糖の製造法。
- 請求項1記載のアジド化アミノ糖ヌクレオチド又はその誘導体を含有する糖転移酵素阻害剤。
- Bがウラシル−1−イルである、請求項5記載の阻害剤。
- ウリジン5’−トリリン酸(UTP)とN−アジドアセチルグルコサミンを基質とし、グルコキナーゼ、N−アセチルグルコサミンリン酸ムターゼ及びウリジン5’−ジリン酸N−アセチルグルコサミンピロホスホリラーゼを酵素として用い、ウリジン5’−(N−アジドアセチル−α−D−グルコサミニル)ジホスフェートを合成する、請求項7記載の製造法。
- ウリジン5’−トリリン酸(UTP)とN−アジドアセチルガラクトサミンを基質とし、N−アセチルガラクトサミンキナーゼ及びウリジン5’−ジリン酸N−アセチルグルコサミンピロホスホリラーゼを酵素として用い、ウリジン5’−(N−アジドアセチル−α−D−ガラクトサミニル)ジホスフェートを合成する、請求項7記載の製造法。
- ウリジン5’−モノリン酸(UMP)とN−アジドアセチルグルコサミンを基質とし、グルコキナーゼ、N−アセチルグルコサミンリン酸ムターゼ、ウリジン5’−ジリン酸N−アセチルグルコサミンピロホスホリラーゼ及び酵母菌体を用い、ウリジン5’−(N−アジドアセチル−α−D−グルコサミニル)ジホスフェートを合成する、請求項10記載の製造法。
- ウリジン5’−モノリン酸(UMP)とN−アジドアセチルガラクトサミンを基質とし、N−アセチルガラクトサミンキナーゼ、ウリジン5’−ジリン酸N−アセチルグルコサミンピロホスホリラーゼ及び酵母菌体を用い、ウリジン5’−(N−アジドアセチル−α−D−ガラクトサミニル)ジホスフェートを合成する、請求項10記載の製造法。
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