JPH05506235A - 蛍光ペプチド及び酵素活性の測定におけるその使用 - Google Patents
蛍光ペプチド及び酵素活性の測定におけるその使用Info
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- Y02P20/55—Design of synthesis routes, e.g. reducing the use of auxiliary or protecting groups
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
゛′ペプチド び ; の゛ における の発明の背景
1、発明の分野
本発明は、蛍光ペプチドに関する。より詳しく言うと、本発明は、その他の発色
団(7クセブター基)による蛍光発色団(ドナー基)によりもたらされる所謂蛍
光の分子内または内部消光を示すペプチドに関する。
発色団基間のペプチド結合の酵素開裂は蛍光を増加させる結果となるので、この
ようなペプチドは、酵素の特異性の測定に特に有用である。従って、様々のアミ
ノ酸配列及び鎖長を有する一連の内部的に消光した蛍光ペプチドは、例えば、種
々の生物系の酵素活性の測定のためのスクリーニングプログラムにおける有用な
道具となり得る。このようなアッセイは、例えばHIV−1に由来する生物学的
プロテアーゼ及び細胞プロテアーゼの研究を促進させ得るものである。
2、従来技術の説明
本明細書においては、ペプチド化学における通常の略語を使用する。アミノ酸の
記号は、l UPAC−IUB生化学命名委員会に従い、特に断らない限り、ア
ミノ酸はL一体である。表1中において使用されるアミノ酸の一文字コードは、
I LJ P A C、Eur、J、 B’iochem、、138、p、 3
7 (1984)により推奨されるものである。
下記のその他の略語を使用した:
^Bz=0−7ミノベンゾイル
HPLC・高性能液体クロマトグラフィーdansyl、dns =15−ジメ
チルアミノナフチJレスルホニBaCリーブチルオキシカルボニル
DMF −N、 N−ジメチルホルムアミドDCCI =N、N’−ジシクロへ
キシルカルボジイミドFmoc *フルオレンー9−イルメチルオキシカルボI
R−赤外スペクトル
丁HF =テトラヒトOフラン
TFA = トリフルオロ酢酸
T1c:薄層りOマトグラフイー
一ト
以下、シエヒター及びバーガーにより、Biochem、 Biophys、R
es、 Comm、、vol、 27、p、+57〜+62、(+967)に記
載されたように、術語(・・・S2、S4、S+゛、S、゛・・・)を、酵素の
サブサイト特異性を定義するために使用しており、これらのサイトにおける基質
の対応結合位置のために(”’ p t、Pl、P1′、P2゛・・)を同様に
使用している。
タンパク質分解酵素は通常、ポリペプチド鎖中の一定のペプチド結合に選択性を
示す。ある酵素、例えばトリプシンにとって、加水分解の速度は、ペプチド結合
を形成するアミノ酸残基の種類によって主として決定され、主な結合部位、即ち
、Sl及びS、′は、酵素と基質の間の相互作用にとって最も重要であることを
示唆している。その他の酵素とともに、所rR筒二の緒のまたはより大きい影響
さえも与える。極端な場合、例えば、ホルモン作用及び凝結に関与するいくつか
の酵素の場合において、酵素が前記の切断しやすい結合の回りの同定されたアミ
ノ酸配列を認識するときにのみ、開裂が生じる。しかしながら、ズブチリシンの
ような非特異的であることが一般的に認められる酵素についてさえも、二次的な
相互的作用が支配的な役割を演じることが知られている。酵素の事象から離れて
、このような相互作用が開裂速度にどのように影響を与えるかを理解するために
、及び結合部位における突然変異性に関する部位の重大性を評価するために、従
来行われていた方法より詳しい方法で、基質の各位置に関する酵素の優先性をマ
ツピングすることが必要である。このような研究は、遺伝子操作された微生物に
より生成された融解タンパク質の特異的開裂のためのタンパク質分解酵素の適用
によって、さらに話題となっている。純1の高い生物学的活性ペプチドを生じさ
せるペプチド結合の合成のためのこのような酵素の利用は、このような知識から
も利益を得る。
プロテアーゼ特異性についての情報は、合成ペプチド、長さを有する4〜8のア
ミノ酸残基を使用して、及びHPLCによる加水分解、またはより最近では、ブ
OトンNMRスペクトル(メルダール、M、及びブレラダム、K、「固相合成シ
ンポジウムの会報」、オックスフォード、1989、印刷中)に従って得られた
。
しかしながら、このような方法は、時間がかかり、困難でしかも反応性が劣るの
で、合成ペプチドが、発色団によって適当に誘導化され、それらの加水分解の後
に、吸収または蛍光の変化が起こり得ることが要求される。
ペプチド−PNa及びペプチド−〇Np基質のC末端からのそれぞれp−二トO
アニリンまたはp−二トOフェノールの解離を分光測定することは、もつとも普
通に採用されている方法の1つである。残念なことに、これらの方法は、あまり
感度がよくなく、切断しやすい結合は、天然のペプチド結合ではない。位置P+
・、P21、・・・P、・ではなく、基質位11P5、P2・・・Pnの影響の
みを研究することができる(図1参照)。その上、このタイプの基質は、塩基に
不安定で、溶液中の合成方法によってのみ合成することができる。他のタイプの
基質は、ニトロフェニル吸収の変化の分光測定による検出の後に、−Pha (
802)−Phs−ペプチド結合の加水分解を必要とする。この方法は、感度が
非常に低く、−Phm−(No2)−残基がP、サブサイト中に受容されること
が要求される。より感度の良い基質は、蛍光プローブを導入することによって得
ることができる。このようなペプチド基質は、そのペプチドのCまたはN末端に
おける蛍光基の付加によって構成されてきた。ペプチドβ−ナフチルアミドは、
高感度の蛍光基質として頻繁に使用されている。アミノエチル−2−7ミノービ
リジン(AEAP)は、C末端蛍光ラベルとして使用されている。N末端ラベル
のためのその他のプローブとしては、N−ピリジン−2−イルグリシン及びシア
ノベンゾイソインドール(CB+)がある。ダンシル基(1−ジメチルアミノナ
フタレン−5−スルホニル)は、通常末端に付加されるが、ペプチドの固相合成
が報告されており、それによると、ダンシル基は、樹脂から開裂した後C末端エ
チレンジアミンか、またはリジン残基の側鎖に付加される。ダンシル基質は、酵
素基質複合体の研究に応用されてきた。ダンシル化(及びマンシル化)されたペ
プチドは、微小環境の極性によってそれらの蛍光強度が変化するので、基質が水
がらより疎水性の酵素的空洞へ移動するのにつれて、蛍光の増加が観察される。
酵素中のダンシル基のトリプトファン残基への近接は、エネルギーのトリプトフ
ァンからダンシル基への転移をもたらすこととなる(ヤロンら、 (+979)
、 「^na1. 8iochem、J 95.228〜235参F、!り分子
内で消光された基質は、蛍光基質のその他の基を構成する。蛍光基に加えてこれ
らの基質は、消光発色団を含み、これらの間に位置するペプチド結合が酵素によ
り開裂されたときに、蛍光の増加が観察される。
ヤロンらによる「up、 cit、 J及び米国特許第4.314.936号(
両者とも本明細沓中に採り入れられている)に記載されているように、2つの機
構が内部消光のためのエネルギー転移プロセスにおいて作用している。分子内衝
突による消光は、有効な転移を確実にするために充分な接触複合体の必要な形成
が頻繁に起こるように、蛍光ドナー及びアクセプターの間に短い間隔が必要であ
る。対照してみると、長領域の共鳴エネルギー転移による蛍光の消光は、長い距
離にわたって有効である。従って、フルオレセインからり00フイルへの転移は
、溶液中の80人の距離において生じることが可能である。フエスターにより(
19B4) r Ann、 Physik」、6、(2)、55〜75に開示さ
れているように、共鳴エネルギー転移理論の重要性は、転移プロセスはドナーが
7クセブターの励起と同時に基底状態に戻る非放射平行プロセスであることであ
る。転移の有効性は、ドナー発色団の発光と7クセプター発色団の吸収の分光一
体的オーバーラップに直接関連する。この転移は、発色団間の距離の第六のエネ
ルギー源に応じて減少し、従って、分光的オーバーラツプは、有効な消光を行う
ために完全でなければならない。
文献に記載された内部消光した基質のほとんどは、衝突型であり、はんのわずか
のアミノ酸のみが、ドナー及びアクセプターの間に挿入されることができる。
高収量を伴う小さな蛍光ブO−ブである7ントラニロイル(2−7ミノベンゾイ
ルまたは^82)基は、−Ph・(Noり一とともに使用されているが(米国特
許第4.314゜936号及びヤロンらr op、 cit、J参照) 、−P
hs (Now) −基は2以下の残基によって分離されたときに消光基として
のみ機能するので、これらの基質は衝突型である。
ダンシル基はまた、−Pha (NJ)−と組み合わせて、衝突型の分子内消光
された基質として使用されている。フレミンガーら、(1981) 、 FEB
S Latters、135、)31〜134、内部消光された衝突型の基質に
使用されるその他の蛍光プローブは、ビメイン基(Ilia+) (サトーら、
(1988)、rBioorganic Cb@m、J IS、298〜ff0
6)及びナフチル基(ヤロンら、「op、 eit、 J )である。8im基
は、 Trp残基を含む類ペプチド中に導入され、それがBin+蛍光をトリペ
プチドレベルまで消光する。ナフチル蛍光を消光するアントラセン−9−イルカ
ルボニル基によりN末端において誘導化されたペプチド2−ナフチルエチルアミ
ンは、トリプシン基質のために使用されている(ヤロンら)。
共鳴エネルギー転移型と考えられているトリプトファン含有ダンシルペプチドさ
えもが、テトラペプチドDns−gly−gly−Gly−丁「pの4.5倍消
光し、その消光は、残基の各添加に対して5のファクターで減少する(ヤロンら
参照)。
ヘプタペプチド0ns−Gly−Lys−ryr−Ala−Pro−rrp−1
/a Iは、多くの酵素のプロテアーゼ特異性を探索するために使用されている
(N9&^uld、(+989)、「Anal、ch@m、J 、 183.5
0〜56)。
このペプチドは、ヘキサペプチド配列によってTrpから分離されたダンシル基
によりトリプトファン蛍光の分子内消光を示す。
ダンシル基とTrpの間の直鎮距離は約22人であり、それは50%の消光のみ
をもたらすべきである。しかしながら、結果は消光は85%より高い比率で有効
であったことを示しており、2つの発色団は、直鎮の計算が予」すするよりも接
近しているが、または、あるいは介在するPro残基の存在によって、エネルギ
ー転移に最適な配座内に固定されることができることを示唆している。
上記のペプチドは、このように特別の場合を示すものであり、Ons/Trpの
組み合わせは、一般的により長いペプチドの内部消光には応用不可能であると言
うことができる。
さもなければ、ダンシル含有基質は、固相上で合成することができ、新規な突然
変異酵素のスクリーニングプログラムにおいて必要な非常に多種のペプチドを得
ることが必須である平行多重カラムペプチド合成方法によって調製されることが
できるので、理想的である。多重カラムペプチド合成は、ホルム ^及びメルダ
ール閘、(1988)、ペプチド、+988、Proc、2[1’th Eur
。
r@pt、 Symp、 208〜210及び特許出願W O90102605
に記載されている(両者は参考文献として本明細書中に採り入れられている)、
分光測定的により有望で長領域のエネルギー転移対は、アンドラ二ロイル基及び
PH2基の組み合わせである(ブラータバノバ、E、に、及びベトコツ、 Q、
O,(1987) 、Bioch@m、 J、、248.957〜960及び(
+987) 、Anal、Bioeham、162.213−218)であり、
それが少なくとも4つの残基を分離させる。
しかしながら、このような基質は、従来の固相またはきず、C末端ペプチド結合
は、不安定である。
マタヨシら、5cience、(+990) 、247,954−958は、D
ABCYL/εDANS対に基づく内部消光された蛍光基質を研究した。
研究された2つのオクタペプチドは、C末端蛍光ドナーとして、EDANS (
5−(2−アミノエチル/アミノ)ナフタレン−7−スルホン酸及び消光7クセ
ブターとして、GABA (−7ミノ酪酸)スペーサーを介して結合されたDA
BCYL (4−(4−ジメチルアミノフェニル−アゾ)安息香酸を有する5a
r−Gly−Asn−Tyr−Pro−11y−Val−Gln及び5ar−V
a I−Vat−Tyr−Pro−VaI−Val−Glnである。
オクタペプチドは、HIV−IPR,HIV−1ウイルスによりコードされたl
1kdプロテアーゼ及びトリ骨髄芽球ウィルスに由来する関連プロテアーゼに出
来する。
0ABCYL基のバルク性は、基質結合の潜在的立体障害を避けるために、GA
BAまたはその他のスペーサーの使用を必要とする。
またこのような型の基質は、EDANS基の特性によって、多重カラムペプチド
合成方法により調製することができる。
本発明の目的
本発明の目的は、上記の欠点を有しない分子内消光された蛍光ペプチド類を提供
することにある。
より詳しく言うと、本発明の目的は、長領域共鳴エネルギー転移によって分子内
消光される多種類のペプチドを提供することであり、消光は、50人より長い距
離にわたって有効であり、換言すれば、ドナーとアクセプターは、15より多い
アミノ酸によって分離される。
本発明のその他の目的は、ペプチドを同時平行多重カラム合成方法による合成に
付することかできる、上記特徴を有するペプチドを提供することにある。
本発明の概要
本発明は、特定のドナー/7クセプター対を選択すること、即ち、蛍光ドナーと
してアンドラ二ロイル(ローアミノベンゾイル)基を、消光アクセプターとして
3−ニドoチロシンを使用することによって上記の目的を達成することができる
という驚くべき発見に基づくものである。
アンドラ二0イル基は、高収率の小型の極性基である。アントラニルイル基は、
その他のより脂肪親和性の高い蛍光プローブと比較して、ペプチドの水中での溶
解性を増し、酵素及びペプチドアミノ酸のスペクトル領域の充分外側の32(l
nmにおいて励起することができる。アントラニルアミドの発光は、励起波長か
ら光分離れた420nmにおいて最大を示す。この消光基は従って、アントラニ
ルアミドの発光帯と同じ幅及び形状を有する吸収帯において420nmの近辺で
吸収しなければならない。さらに、それは、固相への付着のためにカルボン酸及
びペプチドとのアミド結合形成のためにアミン基を含むことが好ましい。3−二
トロチロジンはこのような要求を満たし、連続的流動ポリアミド方法によるFm
ocベースの固相ペプチド合成に容易に組入れることができることを発見した。
3−ニトロチロシンは、蛍光消光物質としては過去、文献に記載されていないが
、テトラニトロメタンによる誘導化によるタンパク質中のチロシンの位置の分光
分析の特性決定における使用については、リオルダンらにより、(19B?)
Biochemistry、6.358〜361に記載されている。その吸収帯
のために、それはアントラニロイルとともにのみならず、400〜460nmの
スペクトル領域中の発光を有するその他の蛍光物質、例えば、1.8−7ミノナ
フタレンスルホン酸、アントラセン及びウンベリフェロンとともに使用すること
ができる。同様に、消光7クセブターの吸収帯内での最大発光を有する蛍光ドナ
ーを使用してスペクトルのオーバーラツプをできるだけ完全にするような条件で
のみ、3−ニトロチロシンに構造的に関連する化合物を消光アクセプターとして
使用することができる。
従って、本発明は、下記一般式
%式%
で示される分子内消光を示す蛍光ペプチドに関する。
但し、上記式中、Qは蛍光消光する置換されたアミノ酸残基
を示し、上記式中、R7、R2、R1、R4及びR6は、水素、ヒドロキシ、ア
ルキル、アルコキシ、アミノ、ニトロ、アミド、ハロゲン、アリールまたはアラ
ルキルから独立に選択され、R5からR1の少なくとも1つがヒドロキシであり
、少なくとも1つカートロであり、Xは、存在しないかまたは−GO−NH−1
−CO−O−1−S−2−S−S−1−〇−1−NH−及び−C,)1.−のい
ずれかの組み合わせから選択されることができるスペーサー基であり、n及びm
は、0から10の!1数であり、Fは、消光残基Qの吸収帯内で最大発光を有す
る蛍光基であり、
Aは、アミノ酸残基及びペプチド残基から選択されるスペーサー存在物であり、
7ミド結合またはエステル結合を介して前記蛍光基Fに結合した非ペプチド分子
存在物を含むことができ、
Y、は、○H,NH2、アミノ酸残基、ペプチド残基またはC末端保護基であり
、
Y2は、H、アミノ酸残基、ペプチド残基またはN末端保護基である。
好適な消光残基Qは、3−ニトロチロシン、即ち、n−1、Rj= OH及びR
、== N O2である。従ッテ、好適な蛍光ペプチドは、一般式
%式%)
(式中、F、は、4H〜46(lnmの最大発光を有する蛍光基であり、A1は
、ペプチド結合を介して基Fに結合したアミノ酸残基またはペプチド残基であり
、Y、は上記定義の通りである)で示される。
好適な蛍光基FまたはFlは、アントラニOイル基(^By)である。Aはアミ
ノ酸残基、または好ましくはペプチド残基、特に2〜25、好ましくは2〜15
のアミノ酸を含むペプチド残基である。
明瞭にするために、上記式中で使用される記号F、A、Q及びYは、下記表1中
で使用されるアミノ酸の1文字コードと混同しないように注意されたい。
本明細書中、「フルキル」は、好ましくは1〜6個の炭素原子を有する1IIJ
4状または分枝鎮状のアルキル、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロ
ピル。
ローブチル、イソブチル、tar、ブチル、7ミル及びヘキシルを意味する。
「アルコキシ」は同様に定義される。
「アリール」は、例えば、複素環式アリール及び例えばフェニルを包含する。
「アラルキル」は、例えばベンジル及びフェネチルを包含する。
上記の基は不活性の置換基、例えばハロゲンまたはニトロによって任意に置換さ
れることができる。
「110ゲン」は、F、C1,Br及び1を称する。
スペーサーアミノ酸の特性は臨界的ではなく、非アミノH存在物、例えば単糖類
または少糖類を含むことができる。
有用なアミノ酸の例としては、例えばモノアミノモノカルボン酸のような脂肪族
アミノ酸、例えば、グリシン(Gly)、7ラニン(Ala)、バリン(Vat
)、ノルバリン(Nval)、ロイシン(Lsul、イソロイシン(isa−L
au)及びノルロイシン(Nl@u)、ヒドロキシアミノ酸、例えばセリン(S
er)、スレオニンBhr)及びホモセリン(homo−5ar)、イオウ含有
アミノ酸、例えばメチオニン(M@t)、シスチン(CysS)及びシスティン
(CysH)、モノアミノジカルボン酸、例えばアスパラギンi1!(^sp)
、グルタミン酸(Glu)及びそのアミド、例えばアスパラギン(^snl及び
グルタミン(Gln)、ジアミノモノカルボン酸、例えばオルニチン(Orn)
及びリジン(Lys)及びアルギニン(Arp)、芳香族アミノ酸、例えばフェ
ニルアラニン(Phe)及びチロシン(丁yr)並びに複素環式アミノ酸、例え
ばヒスチジンfHis)、ブOリン(Pro)及びトリプトファン(Trp)が
挙げられる。慣用ではない構造の有用なアミノ酸の例としては、ペニシラミン(
P*n)、アミノリン酸、例えばアラニン−リン酸(Alas)、アミノスルホ
ン酸、例えばタウリン(Taυ)、ω−アミノ酸、例えばβ−アラニン(B^l
a)、イソアミノ酸、例えばα−メチルアラニン(^ib)、ハロゲンまたはニ
ドOのような不活性、f換基によって置換されたアミノ酸が挙げられる。
これらは、適当な場合には0体及び1体の両者を含む。
所望により、個々のアミノ酸は、それ自体知られた方法で側鎖を保護することが
できる。
本発明によるペプチドは、新規の酵素またはその活性のために必要な流体を含む
酵素のスクリーニングの目的に対して特に有用であるため、特別の化合物をその
ペプチド鎖中に導入することが望ましい。
一般的には、「ペプチド残基」という表現は、巣にペプチド結合によってのみ結
合されたアミノ酸の配列を包含するだけでなく、1またはそれ以上の結合がペプ
チド結合ではなく例えばいわゆるデブシペプチド中に見られるようなエステル結
合であるような配列をも包含するものと、広く解釈される。前記スペーサー存在
物は、非ペプチド存在物、例えば単糖類または少糖類の断片、例えば(a−D−
Glc(I−4))4をも包含することができる。
特に、蛍光基Fは、必ずしも、アミドまたはペプチド結合を介してアミノ故に結
合する必要はない。
蛍光基及びそれが付加されるアミノ酸の特性に応じて、それは例えばエステル結
合によって結合することもできる。
従って、Fがアンドラ二0イル基であり、N末端アミノ酸がSar及びThrの
ようなヒドロキシアミノ酸である場合において、エステル結合及びアミノ結合の
両方が可能である。
同様に、1より多い7ミノ基を含むアミノ酸の場合には、蛍光基はα−7ミノ基
に付加する必要はない。
従って、例えば、CまたはN末端アミノ酸がLysである場合において、基Fは
ε−アミノ基に付加されることがたぶん可能である。
本発明はまた、1またはそれ以上の上記定義のペプチドを含む酵素の活性の決定
に使用される基質に関すその他の観点において、本発明は、試料中の酵素活性を
検出または測定するための方法に関し、その方法は、酵素活性にとって好ましい
条件、即ち、pH2〜12において、前記試料を1またはそれ以上の基質ととも
にインキユベートシ、インキュベーションの前後に発光する蛍光を測定及び比較
することを含む。
好ましい発色団^Bt及びTyr(No2)の保護された前駆体の合成を反応図
式(図2)に簡単に図示し、以下より詳しく説明する。アントラニル酸によるア
シル化は、カップリングを完全にするために高レベルの活性化が要求される。保
護されていないアントラニル酸の7ミノ基を脱離して、溶液中での合成のための
ベンゾトリアゾールエステルのようにカルボキシル基を活性化することは、その
ような化合物の反応性が低いため充分ではない。それは未保護の7ミノ基とカル
ボキシル基との相互作用に起因するものと考えることができ、7ミノ基の保護は
、従って反応性を高めるものである。
このような保護は、2またはそれ以上のアントラニル酸残基の導入を防止すると
いう利点も有している。従って、アントラニル酸(1)は、乾iDMF及びトリ
エチルアミン中で8oc20と反応して、60%のBoa−A8 x−OH(2
)を生成し、それが、アサ−トンらによる( +988)、J、 Chem、
Soc、 Psrkin Trans+ 、2887〜2B94の手順を使用し
て、I)CC+及びDhbt−OHとの反応により、高度に活性化されたBoa
−^B z−0−Ohb t (1)に97%の収率で転換された。化合物3は
、固相状での高速力、ツブリング反応に使用されることができる。
3−ニトロチロシン(4)は、ショツテン−バウマン条件下でのFmac−0−
NSuとの反応により、91%の収率で、Fmac−Tyr (NO2) −O
H(5)へ転化されることができる。
活性化されたフェノールのいずれのアシル化は、弱塩基、例えばピペリジンによ
る処理によって回復することができるので、フェノール性ヒドロキシル基は保護
が必要でない。固相合成の目的のために、化合物5は、0.5当量のDCCI及
びDMAP触媒との反応によって、樹脂道されるFmoc−Tyr−(802)
−OHとの反応の前に、1またはそれ以上のアミノ酸を樹脂に結合させることが
できこのシステムの多用途性を示すために、表2中のペプチド6〜75は、20
ウエルのマニュアル合成装置での平行多重カラムペプチド合成によって調製され
た(メルダール及びブレラダム op、 cit、及びホルム及びメルダールo
p、 cit、参F!A )。このペプチドは、アサ−トンらによりop、 c
it、に記載されたDhbtエステル方法により合成された。以下さらに説明す
るように、アシル化の完了は、全てのペプチド生成物の高純度を確保するために
、目でモニターした(本明細書中に参考文献として採り入れられているキヤメロ
ンら、J、 Chem、 Soc、 Perkin Tranx I、2B95
−2901参照)。ペプチドを分取HPLCによって精製し、純粋なペプチドを
速度論の実験に使用した。エンドベブチターゼズブチリシンAを試験酵素として
選択した。
合成された基質は、ズブチリシンAの基質選択性の現、存の情報に基づいて選択
された:a)P、位における芳香族アミノ酸残基に対する選択性、b)p、’
位における非バルク性残基に対する選択性、C)P2°位に−TYr (NO2
)−を与える酵素の考えられる能力そして最後はd)基質と32、S、及びS4
サブサイトとの間の相互作用の多大な影響(フィリップ及びペングー、(+91
13ン、Mo1. Ce11. [1iochsm、、51.5−3’l’J
!9. ) 、即ち、加水分解の速度への鎖長の影響。溶解性を高め、外来カル
ボキシペプチダーゼによる消化に対してペプチドを保護するためtこ、C末端と
して7スバラギン酸が選択された。これを基礎に、全ての合成された基質におい
て、−Phs−Gly−または−Pha−5er−結合が好適な開裂点であると
予測される。長ペプチドの開裂点は、HPLCによる分離後の生成物のアミノ酸
分析により決定され、−P h a −GIY−開裂点が確認された。
図面の簡単な説明
図1は、ペプチド基質上の切断しゃすい結合に関する酵素のサブサイト特異性(
s、、s2、sl、s1゛ 、S、′)及び対応する基質の結合位R(p、、P
2、Pl、Plo、Pi’)を示す。
図2は、好適な蛍光及び消光発色団の前駆体の合成を示す。
図3は、本発明によるペプチドの酵素加水分解を示す。
好適実施例の詳細な説明
実験手順
一般的手順
溶媒をラッシピリングの充填カラム中で、適当な圧力において蒸留した。DMF
を、使用前にDhbt−OHと混合することにより分析した。THF及びジオキ
サンを精製及び乾燥のために活性アルミナの短カラムを通過させた。Fmocア
ミノ酸はベイヶムまたはミリゲンがら購入し、アサ−トンらによりop、cit
、に記載されたように、活性0hbtエステルに転移させた。0hbtエステル
の純度を、HPLC及びIRスペクトルによって調べた。
Fmac−0−NSu、 ニドoチロシン、0hbt−0)1.0CCI及びf
loe、0は、フルリカ製である。「マクロソーブ−3P日 25o」は、スタ
ーリングオーガニクスから購入し、エチレンジアミン及びヒドロキシメチルフェ
ノキシ酢酸ohbtエステルにより誘導化した。’H−IJMR−スペクトルは
、ブラッカーのAM500500MHzスペクトロメーター上に記録し、1日ス
ペクトルは、パーキンエルマーの157スベクトロフオトメーター上に記録し、
HPLCは、緩衝液A([1,1%TFA)及びM受液B(アセトニトリル中0
.1%TFA及び10%水)を使用して、流速1m1/分で、適当な勾配により
、ツババック5 u C+s逆相カラムを使用して、水勾配HPLC装置で行っ
た。完全に脱保護されたペプチドを、6NのHCl中で110℃において加水分
解し、デュラムのアミノ酸分析装置により分析した。
実施例1
蛍光及び消光発色団の前駆体の調製(図2参照)2−t−ブチルオキシカルボニ
ルアミノベンゾエート11oc2 (51,6g、236mmol) 、 7ン
トラニルi!(+)(25゜99.189mmol)及びトリエチルアミン(5
0ml、360mmol)を、D M F (50m1)中に溶解した。数分以
内に気体の発生が始まり、前記気体の発生が終わるまで、24時間20 ”Cに
おいて前記混合物を放置した。EtOAc中のTIcが反応が完結したことを示
し、前記混合物を木炭で処理し、DMFですすいだセライトを介して濾過した。
DMFを真空下において30”Cで除去し、残存物をジクロロメタン(200m
1)中に溶解し、10%炭酸ナトリウム溶液(100m1)で抽出した。暗褐色
の水性相をジグ00メタンで抽出し、廃棄した。合わせた有機相を水10Gml
で3回抽出した。
水性の抽出物をpH2に酸性化し、ジエチルエーテル(3X l00m1)で抽
出した。硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過した後、容量をIQ[1mlに減じ、生
成物が結晶化するまで石油エーテルを添加した。粗生成物を50%水性エタノー
ルから再結晶して、純粋な1loc−7ントラニルH(2) 269 (60%
)を得た。融点149〜150℃。
分析値 CHN(%)
計算値
(C+tH+5NO−として)
60.75 8.37 5.90
実測値 60.72 8.37 6.02s6.8.48 (8,4); 13
oc、 1.55; CQOH,10,02゜3.4−ジヒドロ−4−オキソ−
1,2,3−ベンゾトリアゾール−3−イル−2−t−ブチルオキシ−カルボニ
ル7ミノベンゾエート(3)
2−t−ブチルオキシカルボニルアミノ安息香酸(2)(2,379、IOmm
ol)をジクロoメタ:/ (15m1) 及U THF(5ml)中に溶解し
た。この混合物を一5℃に冷却し、DCCI (2,069、Illmmal)
を添加した。5分後に、Dhbt−0)1 (lommol、1.639)を添
加し、この混合物を一5℃において1時間及び4℃においで16時間攪拌した。
濾過後に、溶媒を真空下で除去し、得られた生成物をジエチルエーテル(3i1
ml)から結晶化させた。濾過fこより生成物3.79(97%)が得られ、そ
れをHPLcにより精製した。融点155〜156℃。
59.88 4.75 14.85
実瀾値 59.55 4.83 14.59(7,4); H6’、8.10
(7,4,7,7)、 121; H7’、 7.93 (7,7,7,8);
H8’、8.42 (7,8,1,2); Boc、 1.52: NH,9,
58、N −フルオレン−9−イルメチルオキシカルボニル−3−二トロチロジ
ン(5)
HTyr fNOt) −OH(4) (3,3’99.15mmol)を炭酸
ナトリウム(3,!Il!、、、38mmol)を含む水50m1中に溶解し、
ジオキサン(2On+I)を添加した。Fmoe−0−NSu (5,120g
、15、5mmo l )をジオキサン(20m1)中に溶解し、0℃において
滴下した。この混合物を0℃において1時間及び20℃において3時間攪拌した
。ジオキサンを真空下で除去し、残留物を水50m1で希釈した。副生成物をエ
ーテルで抽出し、溶液をクエン酸により酸性化した。
沈殿物を濾過により集め、乾燥させた。生成物を酢酸エチルで抽出し、濾過した
後に、それを3倍量の石油エーテル(2: 7)を添加することにより結晶化し
た。
濾過により結晶性物質を集め、石油で洗浄して、生成物8,099(収率91%
)を得た。融点145〜148℃。
分析値 CHN(%)
計算値
(C+*H+*N40sとして)
64.28 4.50 6.25
実測値 63,44 4.58 816’H−NMR(CDCl2): 6 p
pm (J H2); 01−)!、 io、s2: H2,4−72(5,0
,6,0゜7.0 Hz); H3,3,12(13,5,6−0); H3’
、 3.26 (13,5,5,0); H5゜7.96: H5’、 7.3
5 (8,0); 86°、 7−12 (8,0); Fmoc 4.24
(6,5);4.45 (6,5,xo、s); 4.54 (6−5,10,
5)、 7.37 (7tO)、 7.44 (7,5゜7.0)、 7.54
(7・5.7.5)、 7.81 (7,5+。
実施例2
20ウ工ル合成装置によるABz−ペプチド−Tyr(N。
2)−AS9の多重カラム合成
Fmoc−^Hr (tau) −OH(650mg、1.625mmol)を
ジクロ。
メタン(15ml)中に溶解し、この溶液を0℃に冷却した。D CCI (1
67mg、0.812mmol) ヲ添加L T:、得うれた混合物を0℃にお
いて15分間攪拌した。濾過及び蒸発後、残留物をDMF(5ml)中に溶解し
、焼結漏斗中の予め膨潤された酸不安定な「マクロソーブ5PR−250J樹脂
(85hg、0.613mmol)に添加した。
DMAP (20,5m9.0.163mmol)を添加し、その物質を回転運
動により1時間振盪した。前記樹脂をDMF(20ml)で洗浄し、ピペリジン
(OMF中20%、15m1)を脱保護の目的で添加した。10分間振盪した後
、ピペリジンを除去し、樹脂をD M F l00m1により通す方法で洗浄し
た。Fmoc−ryr (No、) −QH(219mg、489作of)及び
T B T U (157119,489+nmal)を添加し、DMF (1
5m1)中に溶解した。ジイソプロピルエチルアミン(0,63mg、489m
mol)を添加し、得られた混合物を2時間振盪した。全ての試薬をDMFによ
る洗浄により除去し、DMFをジエチルエーテルとともに除去した。
前記樹脂を乾燥させ、2oウ工ルマニユアル多重カラムペプチド合成装置の7ウ
エル中に、90mgの分量を計り入れた。全ての溶媒をIOQmlのプロピレン
シリンジで取扱った。DMFにより樹脂を膨潤させた後、ウェルの下の室上で、
真空下で、樹脂から溶媒を排出させ、流量計を介して空気をわずかに加圧した。
Fmoc基をDMF(各ウェル中5001.Il)中のピペリジン(20%)に
よる1分間及び10分間の処理により除去した。このピペリジン溶液を吸引によ
り除去し、ウェルをDMF(1回当り1mlで5回)で洗浄した。下記表1中の
ペプチド6〜15のC末端から位置3に相当するFmocアミノFi[1hbt
エステル(2,5a量)を、相互汚染を妨げるためのポリエチレンカバー中の孔
を介して、前記合成装置中の各ウェル中に直接計り入れた(表1中、簡潔にする
ために、アミノ酸の1文字コードを使用した)。わずかに加圧し、DMF(40
0μm)を各ウェルに添加した。2時間の間、このウェルシステムを30分毎に
振盪した。反応混合物を除去し、ウェルをDMF(1回当り1mlで5回)で;
先浄した。各Fmocアミノi!Dhbtエステル(2,5当量)を適用するこ
とにより、各ペプチド6〜15の端部までこの合成サイクルを繰り返した。
添加された最後の残基は、Boc−A[1z−0−OHBT (2,5当量)で
あり、DMF及びジエチルエーテルで洗浄した後、この樹脂を乾燥させた。ペプ
チドを水性TFA(95%、1m1)により前記樹脂から開裂させ、それによっ
て、Boc基もABz基から除去された。
実施例3
分子内消光された基質の酵素加水分解
実施例2において調製されたペプチド6〜15を、J度0.2〜1. [1mM
となるように、DMF中に溶解した。
この溶液(+2!Bt +)を50mMのビシン、2mMCaCl2、pH8゜
5(2375μm)に添加し、320nmにおける励起による420nmにおけ
る溶液の初期蛍光を測定した。同じビシン暖衝液中のズブチリシンAのストック
溶液から、適白量を添加して、最終酵素濃度を2 X I O−I′mg/ml
〜2 mg/m1とした。この反応の後、32Qnmにおける励起による42
0nmにおける発光をモニターした。温度を、24℃に維持した。加水分解を完
了するまで実施し、シーゲルにより(1988)、rBiochemical
Ca1culationsJ 、ジョンウィリーアンドサンズ、393〜396
に記載されたミカエリス−メンテンの式の積分方式を使用する漸進曲線から、特
異定数kj、、/Lを測定した。
ペプチドが0.4〜50μmの濃度に溶解されたときに、限られた蛍光が、32
0nmの励起により420nmにおいて観察された。ズブチリシンAをnM量添
加することにより、図3の化合物6により例示されるように、蛍光が増加した。
10未満の鎖長を有する全ての基質について、基質の蛍光は、最終開裂生成物の
く3%であった。より長いペプチドについては、初期蛍光の漸進的な増加が観察
された。各アミノ酸の平均長さを3人と仮定すると、前記ドナーアクセプターシ
ステムは、50人より長い距離にわたって有効であり、アントラニルアミド及び
3−ニド0チロシンは、理想的な長領域共鳴エネルギー転移対であると考えるこ
とができる。
1または2のアラニル残基による延長によって、各ヶ、2及び5のオーダでに、
、、/に、、が増加するので、化合物6.7及び8の加水分解のに、、/に、、
値(表1)が、鎖長の重要性を確認している。その他の2のアラニル残基、例え
ば化合物10による延長は、k、、、/に、にわずかな影響を与えている。
しかしながら、化合物9中の3つのアラニル残基について、k、17にヨは、化
合物8及び10よりも3〜5倍小さい。これは幾分驚くべきことであるが、この
ことは、^Br基の影響が化合物8に対する好適性を増加させ、または化合物9
に対する好適性を減少させることを示している。この基質中の芳香族ABz基が
24位に存在し、ズブチリシンAがこの位置における芳香族アミノ酸残基に選択
性を示すことが知られているので、上記の前者の可能性が提案されるのである。
化合物8と11及び化合物8と12の加水分解のに6、、/に、値の比較により
、ズブチリシンAは、P、°位におけるGIY及びSarの等しい選択性を示し
、87位におけるProがAlaに関して逆効果を与えることが示される。
化合物13〜15について、鎖長は各々3つのアミノ酸残基により化合物10に
関して、さらに増加する。
k、、、/kMは、約200.000において安定し、非常に長い基質について
はわずかに減少し、一方、分子内消光の有効性が、アンドラ二Oイル基と3−ニ
ドOチOシン残基の間の鎖長の減少に応じて減じることは記述に値す従って、間
隔が約48人に相当する16のアミノ酸である化合物15について、ズブチリシ
ン開裂後の蛍光の約15%の初期蛍光が1!察される。
実際のスクリーニングの目的では、約20〜27のアミノ酸に相当する約60〜
80人の上限が妥当であると考えられる。
しかしながら、多数の介在アミノ酸に対する明確にされた上限は存在しない。上
記の実施例は、可能な比較を行うために慎重に選択したものであり、ペプチドの
第二及び第三構造の影響を減少させるように、アミノ酸配列を設計した。
例えばa−ラセン構造を有する長ペプチドの場合には、ドナー/7クセプター対
が、無秩序の構造と比較して非常に多くのアミノ酸により分離される場合でも分
子内消光を得ることができる。
実施例4
酸性条件下での加水分解
本発明による蛍光ペプチドの多用途性をさらに示すために、実施例2において調
製されたペプチド^[1z−Gly−Ala −^1a−Phe−Ph @−T
yr (802) −^5p−OH(0,5μ m) を 50m−のギR2,
5ml、pH3,4中に溶解した。ペプチドをペプシン(5LJI、0. Im
9/ml)の添加により加水分解したところ、1.5時間の加水分解の後1こ、
10倍の蛍光の増加を伴う漸進曲線が得られた。
便宜上、下記表1中において使用される1文字コードを、対応する略字とともに
以下挙げる。
^1lAIa; FllPhe; G−Gly;DllAsp;に=Lys;
P*Pro; 5=Ssr; Y寞Tyr1−上
L5 ABz−5DSDSGSKS−A 4.19; F 1.ユ6; 1B、
5 135000乏
? P P 7t−rvJ ?4 Y ! 二〇 二 cI5 〜 の 0 コ
■ 〜 ロ 60 0 C1ロ ロ 0 ロ ロ ロ ロ 。
要約書
一般式、F−A−Q−Y、またはYz−0−A−Fで示される分子内消光を示す
蛍光ペプチド(上記式中、Qは蛍光消光する置換されたアミノ酸残基(1)を示
し、上記式中、R1、R2、R3,R,及びR6は、水素、ヒトOキシ、アルキ
ル、アルコキシ、アミノ、ニトロ、アミド、ハロゲン、アリールまたはアラルキ
ルから独立に選択され、R1からR6の少なくとも1つがヒトOキシであり、少
なくとも1つがニトロであり、Xは、存在しないかまたは−CO−NH−1−C
O−O−1−S−、−5−5−1−0−1−NH−及び−Cs−Ha−のいずれ
かの組み合わせから選択されるスペーサー基であり、n及びmは、Oから10の
!2数であり、Fは、消光残基0の吸収帯内で最大発光を有する蛍光基であり、
Aは、アミノ酸残基及びペプチド残基から選択されるスペーサー存在物であり、
アミド結合またはエステル結合を介して蛍光基Eに結合した単糖類または少糖類
のような非ベブチド分子存在物を有することができ、Y、は、OH,NH2,ア
ミノ酸残基、好適には固相に付着可能なペプチド残基またはC末端保I基であり
、Y2は、H、アミノ酸残基、ペプチド残基またはN末端像I基である)。好適
なペプチドは、Qが3−ニトロ−チロシンであるペプチド、即ち、F +−At
T y r (NO3)−Y、(式中、Flは、400から460nmの最大
発光を有する蛍光基、望ましくは7ントラニロイルであり、A−謡、基Fにペプ
チド結合を介して基Fに結合した、アミノ酸残基または好ましくは2〜15のア
ミノ酸を有するペプチド残基であり、Y、は、上記定義の通りである)である。
このペプチドは、酵素活性にとって好ましい条件下で前記試料とともにインキュ
ベートし、インキュベーションの前後に発光した蛍光を測定及び比較することに
よって、試料、例えば生物系における酵素活性の測定のための基質として有用で
ある。このペプチドは、平行多重カラム固相合成によって有利に製造することが
できる。
請求の範囲
補正書の写しく翻訳文)提出書(曲法組84条の7副組平成 4 年 10 月
19 日しヨ2、発明の名称
蛍光ペプチド及びsag性の測定におけるその使用氏名(名称) カルルスベル
グ アクテイーゼルスカプ0の整数であり、
1、 下記一般式
%式%
で示される分子内消光を示す蛍光ペプチド。
但し、上記式中、Qは蛍光消光する!換されたアミノ酸残基
を示し、上記式中、R,、R2、R1、R4及びR8は、水素、ヒトOキシ、ア
ルキル、アルコキシ、アミノ、ニドO17ミド、ハロゲン、アリールまたはアラ
ルキルから独立に選択され、R1からR6の少なくとも1つがヒトOキシであり
、少なくとも1つがニトロ×は、存在しないかまたは一〇〇−NH−1−CO−
○−1−S−2−S−S−1−〇−1−NH−及び−〇 a H−のいずれかの
組み合わせから選択され得るスペーサー基であり、n及びmは、0から1Eは、
消光残基Qの吸収帯内で最大発光を有するアミノ酸からなるペプチド残基である
請求の範囲第1から4項のいずれかに記載のペプチド。
If、Aが、単糖類または少糖類存在物を含む請求の範囲第1から5のいずれか
に記載のペプチド。
7、 請求の範囲第1から6項のいずれかに記載の1またはそれ以上の蛍光ペプ
チドを含む酵素活性の測定のための基質。
8、 酵素活性にとって好ましい条件下で、請求の範囲第7項に記載の1または
それ以上の基質とともに試料をインキュベートし、インキュベーションの前後に
発光する蛍光を測定及び比較することを特徴とする試料中の酵素活性の検出また
は測定方法。
補正書の写しく翻訳文)提出書(特許法第184条の8)平成 4年10月19
61
氏名(名称) カルルスベルグ アクテイーゼルスカブ7、 酵素活性にとって
好ましい条件下で、請求の範囲第6項に記載の1またはそれ以上の基質とともに
試料をインキュベートし、インキュベーションの前、途中及び後に発光する室光
を測定及び比較することを特徴とする試料中の酵素活性の検出または測定方法。
補正書の写しく翻訳文)提出書鳴詑組84条ノ81平成 4年10 月 19
日■
Claims (8)
- 1.下記一般式 F−A−O−Y1またはY2−O−A−Fで示される分子内消光を示す蛍光ペプ チド。 但し、上記式中、Qは蛍光消光する置換されたアミノ酸残基 ▲数式、化学式、表等があります▼ を示し、上記式中、R1、R2、R3、R4及びR5は、水素、ヒドロキシ、ア ルキル、アルコキシ、アミノ、ニトロ、アミド、ハロゲン、アリールまたはアラ ルキルから独立に選択され、R1からR5の少なくとも1つがヒドロキシであり 、少なくとも1つがニトロであり、 nは、0から20、好ましくは0から4の整数であり、 Fは、消光残基Oの吸収帯内で最大発光を有する蛍光基であり、 Aは、アミノ酸残基及びペプチド残基から選択されるスペーサー存在物であり、 アミノ結合またはエステル結合を介して蛍光基Fに結合した非ペプチド分子存在 物を有することができ、 Y1は、OH、NH2、アミノ酸残基、ペプチド残基またはC末端保護基であり 、 Y2は、H、アミノ酸残基、ペプチド残基またはN末端保護基である。
- 2.下記一般式 F1−A1−Tyr(NO2)−Y1 で示される請求の範囲第1項に記載のペプチド。 但し、上記式中、F1は、400から460nmの最大発光を有する蛍光基であ り、A1は、ペプチド結合を介してFに結合したアミノ酸残基またはペプチド残 基であり、Y1は、上記定義の通りである。
- 3.FまたはF1が、ABz(アントラニロイル)である請求の範囲第1または 2項に記載のペプチド。
- 4.Y1が、OH、固相に付着可能なアミノ酸残基または固相に付着可能なC末 端アミノ酸残基を有するペプチド残基である請求の範囲第1から3項のいずれか に記載のペプチド。
- 5.AまたはA1が、アミノ酸残基または2〜25のアミノ酸からなるペプチド 残基である請求の範囲第1から4項のいずれかに記載のペプチド。
- 6.Aが、単糖類または少糖類存在物である請求の範囲第1から5のいずれかに 記載のペプチド。
- 7.請求の範囲第1から6項に記載の1またはそれ以上の蛍光ペプチドを含む酵 素活性の測定のための基質。
- 8.酵素活性にとって好ましい条件下で、請求の範囲第7項に記載の1またはそ れ以上の基質とともに試料をインキュベートし、インキュベーションの前後に発 光する蛍光を測定及び比較することを特徴とする試料中の酵素活性の検出または 測定方法。
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