JPWO2004078988A1 - 芳香族ジオールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

下記式(I)、(II)又は(III):(式中、H1は複素環式基等であり、A1は単結合等であり、P2はフェニル基等であり、A2はアルキレン基等であり、C1はヘテロ原子置換環式炭化水素基である。ただし、C1における環式炭化水素基はフェニル基を含まない。)で表されるフェニル基を含む芳香族化合物と、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼとを反応させて、芳香族ジオール化合物(I’)、(II’)又は(III’):(式中、H1、A1、P2、A2及びC1は前記定義のとおりである。)を得ることを含む芳香族ジオールの製造法。

Description

本発明の属する技術分野は、有機低分子化合物である脂質・脂質性化合物(即ち、水よりも有機溶媒(たとえば−オクタノール)に溶けやすい物質)の生触媒工学(biocatalytic engineering;又は、酵素工学(enzyme engineering)とも言う)である。具体的には、組換え大腸菌等の組換え微生物を用いた生物工学的変換により、医薬品または医薬品様化合物等の産業上有用な有機低分子化合物、さらには、これらに繋げるための化学合成法のビルディングブロックを製造しようとするものである。さらに具体的には、本発明は、フェニル基等を含む芳香族化合物を原料として用い、そこから、フェニル基等の芳香族基内の隣合った位置に特異的に2つの水酸基が導入された芳香族化合物(芳香族ジオール)を製造する方法、および、この製造方法により得られた抗酸化活性を有する芳香族ジオールに関するものである。
現在までに多くの芳香族(芳香環)化合物ジオキシゲナーゼ[以後、芳香環ジオキシゲナーゼ(aromatic ring dioxygenase)と呼ぶ]に関する研究が行われてきた。芳香環ジオキシゲナーゼは、通常、フェレドキシン(ferredoxin)及びフェレドキシンレダクターゼ(還元酵素)(ferredoxin reductase,別名:NAD(P)H−ferredoxin reductase)を構成要素とし、さらにジオキシゲナーゼ本体酵素[大サブユニット(α−サブユニット)と小サブユニット(β−サブユニット)の2つからなる]からなる多成分酵素(multi−component enzyme)である。
現在では、種々の芳香環ジオキシゲナーゼが知られており、それらをコードする遺伝子の構造や機能の解析も実施されている。現在までに単離され解析された代表的な芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子の例を挙げると、トルエン、ベンゼン等の有機溶媒資化細菌シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)F1株由来のトルエンジオキシゲナーゼ(toluene dioxygenase)遺伝子(Zylstra,G.J.and Gibson,D.T.,Toluene degradation byPseudomonas putida F1:nucleotide sequence of thetod C1C2BADE genes and their expression inEscherichia coli.J.Biol.Chem.,264,14940−14946,1989)、及び、シュードモナス属(Pseudomonas sp.)NCIB9816−4株由来のナフタレンジオキシゲナーゼ(naphthalene dioxygenase)遺伝子(Resnick,S.M.,Lee,K.,and Gibson,D.T.,Diverse reactions catalyzed by naphthalene dioxygenase fromPseudomonas sp.Strain NCBI 9816.J.Ind.Microbiol.,17,438−457,1996)、及び、ポリ塩化ビフェニル(PCB)分解細菌シュードモナス・シュードアルカリゲネス(Pseudom onas puseudoalcaligenes)KF707株由来のビフェニルジオキシゲナーゼ(biphenyl dioxygenase)遺伝子(Furukawa,K.,and Miyazaki,T.,Cloning of gene cluster encoding biphenyl and chlorobiphenyl degradation inPseudomonas ps eudoalcaligenes.J.Bacteriol.,166,392−398,1986)、及び、多環式芳香族炭化水素分解細菌のノカルディオイデス属(Nocardioides sp.)KP7株由来のフェナントレン(フェナンスレン)ジオキシゲナーゼ(phenanthrene dioxygenase)遺伝子(Saito,A,Iwabuchi,T.,and Harayama,S.,A novel phenanthrene dioxygenase fromNocardioides sp.strain KP7:Expression inEscherichia coli.J.Bacteriol.,182,2134−2141,2000)等が知られている。
本発明者らは、最近、芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子として、シュードモナス・シュードアルカリゲネスKF707株由来のビフェニルジオキシゲナーゼ遺伝子を分子進化工学的手法により改変したものを作製し、これを導入・発現させた大腸菌を用いて、フェニル基等を含む複素環芳香族化合物からジヒドロジオール体を作製することに成功した(下記の非特許文献1又は特許文献1参照)。すなわち、我々は、ビフェニルやPCBの分解細菌であるシュードモナス・シュードアルカリゲネスKF707株から単離されたビフェニルジオキシゲナーゼにおける大サブユニットをコードするDNAを、他のビフェニル分解細菌であるブルクホルデリア・セパシア(Burkholderia cepacia)LB400株由来のビフェニルジオキシゲナーゼの大サブユニットをコードするDNAとの間でDNAシャフリング(DNA shuffling)を行い基質特異性の幅を広げた遺伝子[bphA1(2072)遺伝子と呼ぶ]を作製した。このbphA1(2072)遺伝子と、シュードモナス・シュードアルカリゲネスKF707株由来のビフェニルジオキシゲナーゼの大サブユニット以外の3つの構成要素をコードする遺伝子(bphA2A3A4遺伝子)からなる改変ビフェニルジオキシゲナーゼ遺伝子(群)を作製した。本遺伝子を導入・発現させた大腸菌形質転換体を用いて、種々のフェニル基等を含む芳香族化合物を変換できるか(基質として認識できるか)どうかの検討を行ったところ、これまで広範に同種の変換実験が行われてきたにもかかわらず、報告が無かった複素環芳香族基を含む有機低分子化合物の生物変換が可能であることが見出された。すなわち、DNAシャフリングした改変ビフェニルジオキシゲナーゼ遺伝子[bphA1(2072)]を含む大腸菌が、種々のフェニル基等を含む複素環芳香族化合物を変換し、フェニル基または複素環芳香族基内の隣合った位置に位置特異的に2つの水酸基と2つの水素が導入された芳香族−シス(cis)−ジヒドロジオール体を立体選択的に生成できることがわかった。この改変ビフェニルジオキシゲナーゼの大サブユニットのアミノ酸配列はDDBJ/Genbank accession AB085748に示されている。また、KF707株の小サブユニット(BphA2)、フェレドキシン(BphA3)、及び、フェレドキシンレダクターゼ(BphA4)のアミノ酸配列は、DDBJ/Genbank accession M83673に示されている。また、本研究により生成された芳香族−シス−ジヒドロジオール体の例を下記に示す。
Figure 2004078988
これから明らかなように、本研究による生物工学的変換法により、種々のフェニル基等を含む複素環芳香族化合物に水酸基を位置特異的に導入することが可能となったが、その中でも代表的な反応の例は、複素環芳香族基とフェニル基が単結合(ビフェニル結合)した有機低分子化合物を基質とし、産物として、複素環芳香族基−シス−2,3−ジヒドロベンゼンジオール(heteroaromatic group−cis−2,3−dihydrobenezenediol,別名:複素環芳香族基−cis−2,3−ジヒドキシシクロヘキサ−4,6−ジエン,heteroaroamtic group−cis−2,3−dihydroxy cyclohexa−4,6−diene)を合成する立体特異的反応(stereo−specific reaction)である。しかしながら、本シス−ジヒドロジオール体は、さらなる立体選択的化学合成のためのビルディングブロックとして主たる用途があり、この目的のために、シス−ジヒドロジオール体になったフェニル環は環開裂される運命にある(Hudlicky,T.,Gonzales,D.,and Gibson,D.T.,Aldrichimica Acta,32,35−62,1999)。
生理活性を有する有機低分子化合物は、フェニル基を始めとする芳香族基や種々の複素環式基を含むものが多い。これらのフェニル基等の芳香族基を含む有機低分子化合物において、フェニル基等の芳香族基内の二重結合をそのまま残しながら、芳香族基(フェニル基)に位置特異的に水酸基を導入する技術を開発することは有機化学者の長年の夢であるが、未だに技術開発されていないのが現状であった。
特開2003−269号公報 Misawa,N.,Shindo,K.,Takahashi,H.,Suenaga,H.,Iguchi,K.,Okazaki,H.,Harayama,S.,and Furukawa,K.,Hydroxylation of various molecules including heterocyclic aromatics using recombinant Escherichia coli cells expressing modified biphenyl dioxygenase genes."Tetrahedron",58,9605−9612,2002.
最近の医薬品研究開発においては、まず創薬のターゲットとするべき疾患関連分子(創薬標的分子)を明らかにした後、その創薬標的分子を用いて何らかの生物活性を指標に高速化スクリーニング(ハイスループット・スクリーニング,High Throughput Screening;HTS)を行い、ヒットする化合物を探すという方法がよく取られる。この際に、経口用医薬品(合成医薬品、低分子性医薬品とも呼ばれる)に繋げるためのリード化合物(lead compounds;通常分子量100−700位の脂質性化合物)のスクリーニングソース(screening source)のライブラリーが必要となる。このライブラリーの質と量が医薬品研究開発の正否を決定づけると言っても過言ではない。現在、スクリーニングソースのライブラリーはコンビナトリアルケミストリー(combinatorial chemistry)等の有機化学技術によって化学合成されたものが主流を占めている(田中昭弘,創薬とコンビナトリアルケミストリー,蛋白質 核酸 酵素,45,887−894,2000)。微生物代謝産物等の天然物由来のライブラリーも経口用医薬品の研究開発に用いられているが、偽ヒット体(false positive)が多い、活性物質の特定に時間がかかる、新規化合物が見つかりにくい等の理由で、天然物由来のものが占める割合は少なくなりつつある。一方、化学合成されたスクリーニングソースのライブラリーはそれ特有の偏りを有している場合が多い。たとえば、化学合成法では、プラスとマイナスのものをくっつける反応(たとえば−NHCO−結合を介して2つの前躯体の化合物を導入する反応)は得意であるが、水酸基などの官能基をある化合物の特定の位置に導入したり、立体特異的に導入したりするのは困難である。
また、医薬品研究開発において、HTSにより創薬標的分子に作用するリード化合物が発見された後には、そのリード化合物の類縁体を作り、最適な開発候補化合物を見出す必要がある(リード最適化,lead optimization)。このリード化合物の類縁体作製に際しても、現在は化学合成法が主流であり、有機化学反応特有の偏りを有していると見ることができる。
本発明は、上記の化学合成法の弱点を補い、スクリーニングソースのライブラリーやリード化合物類縁体等の産業上有用な有機低分子化合物の作製に際して、これらの質を高め多様性を増大させることを課題としている。
さらに具体的な本発明が解決しようとする課題としては、フェニル基等の芳香族基を含む有機低分子化合物、例えば、非置換フェニル基と置換基を有していてもよい複素環式基とを含む芳香族化合物において、前記フェニル基内の二重結合をそのまま残しながら、フェニル基に位置特異的に水酸基を導入する技術を開発することにあり、また、その技術により位置特異的に水酸基が導入された芳香族水酸化物を提供することである。なお、フェニル基と複素環式基を含む有機低分子化合物を本技術開発のための代表的基質として選んだ理由は、経口用医薬品を始めとする生理活性物質には、この2種類の官能基を持つ割合が高いと考えられたからである。
発明者は上記課題を達成するため、急速な進歩を遂げる分子生物学的手法を取り入れて、生物機能を応用した新しい有機低分子化合物の創製技術を構築することを目指した。すなわち、生物の持つ「生分解」或いは「生合成」経路の一群の酵素に注目し、必要なら、分子進化工学的手法等を用いてそれぞれの構成酵素の基質特異性を下げ、幅広い化合物に対して「生分解」或いは「生合成」反応を起こさせることにより、高効率で新規な化合物を創製する技術の確立を目指した。我々はこの技術を“BioCombiChem”(Biology−basedCombinatorialChemistry)と呼称している。
本発明者は、BioCombiChem技術の構築のための研究を通して、上記の具体的課題を解決するため鋭意検討を重ねた。その結果、前述の改変芳香環(改変ビフェニル)ジオキシゲナーゼ遺伝子[bphA1(2072)A2A3A4]と共に、シュードモナス・シュードアルカリゲネス(P. pseudoalcaligenes)KF707株由来のbphB遺伝子[芳香環(ビフェニル)ジヒドロジオール デサチュラーゼ(デヒドロゲナーゼ)遺伝子]を同時に働かせて、フェニル基等の芳香族基を含む有機低分子化合物と反応させると、フェニル基等の芳香族基に2つの水酸基が隣り合って位置特異的に導入された芳香族ジオールが生成されることを発見した。なお、本発明で用いた基質であるフェニル基等の芳香族基を含む有機低分子化合物は、現在まで行われた種々の芳香環ジオキシゲナーゼと芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼによる反応では報告が無かったものばかりであり、このような基質を用いて芳香環ジオールが反応特異的に生成することは予想外のことであった。これは、本発明で用いた芳香環ジヒドロジオール(ジヒドロビフェニルジオール)デサチュラーゼ(デヒドロゲナーゼ)が、改変芳香環(改変ビフェニル)ジオキシゲナーゼにより生成された多様な反応産物(芳香族ジヒドロジオール体)を連続的に基質として認識し、更に変換反応を効率的に行うことができたことを意味している。
本発明は以上のような知見を基に完成されたものである。
即ち、本発明は以下の発明を包含する。
(1)下記式(I)、(II)又は(III):
Figure 2004078988
(式中、H1は置換基を有していてもよい複素環式基であり、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、P2は置換基を有していてもよいフェニル基であり、A2は置換基を有していてもよい炭素数2〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、C1はヘテロ原子置換環式炭化水素基である。ただし、C1における環式炭化水素基はフェニル基を含まない。)
で表されるフェニル基を含む芳香族化合物と、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼとを反応させて、芳香族ジオール化合物(I’)、(II’)又は(III’):
Figure 2004078988
(式中、H1、A1、P2、A2及びC1は前記定義のとおりである。)
を得ることを含む芳香族ジオールの製造方法。
(2)芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼがビフェニル分解細菌由来のもの、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものである前記(1)記載の製造方法。
(3)芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼをコードする遺伝子を導入した組換え微生物を、下記式(I)、(II)又は(III):
Figure 2004078988
(式中、H1は置換基を有していてもよい複素環式基であり、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、P2は置換基を有していてもよいフェニル基であり、A2は置換基を有していてもよい炭素数2〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、C1はヘテロ原子置換環式炭化水素基である。ただし、C1における環式炭化水素基はフェニル基を含まない。)
で表されるフェニル基を含む芳香族化合物を含む培地で培養して、培養物又は菌体から、芳香族ジオール化合物(I’)、(II’)又は(III’):
Figure 2004078988
(式中、H1、A1、P2、A2及びC1は前記定義のとおりである。)
を得ることを含む芳香族ジオールの製造方法。
(4)組換え微生物が、ビフェニル分解細菌由来の芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものをコードする遺伝子を導入したものである前記(3)記載の製造方法。
(5)組換え微生物が組換え大腸菌である前記(3)又は(4)記載の製造方法。
(6)下記式(IV):
Figure 2004078988
(式中、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、P3は置換基を有するフェニル基であり、H2は非置換複素環芳香族基である。)
で表される複素環芳香族基を含む芳香族化合物と、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼとを反応させ、複素環芳香族基H2内の隣合った位置に2つの水酸基が導入された芳香族化合物を得ることを含む複素環芳香族ジオールの製造方法。
(7)芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼがビフェニル分解細菌由来のもの、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものである前記(6)記載の製造方法。
(8)芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼをコードする遺伝子を導入した組換え微生物を、下記式(IV):
Figure 2004078988
(式中、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、P3は置換基を有するフェニル基であり、H2は非置換複素環芳香族基である。)
で表される複素環芳香族基を含む芳香族化合物を含む培地で培養して、培養物又は菌体から、複素環芳香族基H2内の隣合った位置に2つの水酸基が導入された芳香族化合物を得ることを含む複素環芳香族ジオールの製造方法。
(9)組換え微生物が、ビフェニル分解細菌由来の芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものをコードする遺伝子を導入したものである前記(8)記載の製造方法。
(10)組換え微生物が組換え大腸菌である前記(8)又は(9)記載の製造方法。
(11)式(I)、(II)又は(III)で表されるフェニル基を含む芳香族化合物が、フラボン、フラバノン、6−ヒドロキシフラボン、6−ヒドロキシフラバノン、7−ヒドロキシイソフラボン、2−フェニルピリジン、2−フェニルインドール、2−フェニルベンゾキサゾール、2−フェニルベンゾチアゾール、2−フェニルキノリン、4−フェニルモルホリン、1−ベンジルイミダゾール、2−ベンジルピリジン、1−ベンジルピペリドン、(トランス−)カルコン及び3−フェニルインダノンからなる群より選択されるものである前記(1)〜(5)のいずれかに記載の製造方法。
(12)式(IV)で表される複素環芳香族基を含む芳香族化合物が、2’−ヒドロキシ−2−フェニルベンゾキサゾールであり、得られる複素環芳香族ジオールが2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾキサゾール−4,5−ジオールである前記(6)〜(10)のいずれかに記載の製造方法。
(13)前記(1)〜(12)のいずれかに記載の製造方法により得られる芳香族ジオールを含む抗酸化剤。
(14)芳香族ジオールが、2−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−6−ヒドロキシクロメン−4−オン、3−インドール−2−イルベンゼン−1,2−ジオール、3−ベンゾキサゾール−2−イルベンゼン−1,2−ジオール、3−ベンゾチアゾール−2−イルベンゼン−1,2−ジオール又は3−モルホリン−4−イルベンゼン−1,2−ジオールである前記(13)記載の抗酸化剤。
(15)2−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−6−ヒドロキシクロマン−4−オン、3−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−7−ヒドロキシクロメン−4−オン、3−(2−ピリジル)ベンゼン−1,2−ジオール、3−(2−キノリル)ベンゼン−1,2−ジオール、3−(イミダゾリルメチル)ベンゼン−1,2−ジオール、3−(2−ピリジルメチル)ベンゼン−1,2−ジオール、1−[(2,3−ジヒドロキシフェニル)メチル]ピペリジン−4−オン、3−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−1−フェニルプロパン−1−オン、3−(2,3−ジヒドロキシフェニル)インダン−1−オン、2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾール−4,5−ジオール又は3−(1−アミノエチル)ベンゼン−1,2−ジオール。
(16)前記(15)に記載のいずれかの化合物を含有する抗酸化剤。
(17)下記式(V):
Figure 2004078988
(式中、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基である。)
で表される芳香族化合物のアミノ基をBOC(tert−ブトキシカルボニル)保護基で保護した後、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼと反応させて、芳香族ジオール化合物(V’):
Figure 2004078988
(式中、BOCはBOC保護基を表し、A1は前記定義のとおりである。)
を得ることを含む芳香族ジオールの製造方法。
(18)芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼがビフェニル分解細菌由来のもの、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものである前記(17)記載の製造方法。
(19)芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼをコードする遺伝子を導入した組換え微生物を、下記式(V):
Figure 2004078988
(式中、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基である。)
で表される芳香族化合物のアミノ基をBOC保護基で保護した化合物を含む培地で培養して、培養物又は菌体から、芳香族ジオール化合物(V’):
Figure 2004078988
(式中、BOCはBOC保護基を表し、A1は前記定義のとおりである。)
を得ることを含む芳香族ジオールの製造方法。
(20)組換え微生物が、ビフェニル分解細菌由来の芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものをコードする遺伝子を導入したものである前記(19)記載の製造方法。
(21)組換え微生物が組換え大腸菌である前記(19)又は(20)に記載の製造方法。
(22)式(V)で表される化合物が、アニリン、ベンジルアミン、1−フェニルエチルアミンである前記(17)〜(21)のいずれかに記載の製造方法。
(23)下記式(VI):
Figure 2004078988
(式中、A3は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基である。)
で表される芳香族化合物のカルボキシル基を炭素数1〜4のアルキル保護基Rで保護した後、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼと反応させて、芳香族ジオール化合物(VI’):
Figure 2004078988
(式中、Rは炭素数1〜4のアルキル保護基を表し、A3は前記定義のとおりである。)
を得ることを含む芳香族ジオールの製造方法。
(24)芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼがビフェニル分解細菌由来のもの、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものである前記(23)記載の製造方法。
(25)芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼをコードする遺伝子を導入した組換え微生物を、下記式(VI):
Figure 2004078988
(式中、A3は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基である。)
で表される芳香族化合物のカルボキシル基を炭素数1〜4のアルキル保護基Rで保護した化合物を含む培地で培養して、培養物又は菌体から、芳香族ジオール化合物(VI’):
Figure 2004078988
(式中、Rはアルキル保護基を表し、A3は前記定義のとおりである。)
を得ることを含む芳香族ジオールの製造方法。
(26)組換え微生物が、ビフェニル分解細菌由来の芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものをコードする遺伝子を導入したものである前記(25)記載の製造方法。
(27)組換え微生物が組換え大腸菌である前記(25)又は(26)記載の製造方法。
(28)式(VI)で表される化合物が、ケイヒ酸である前記(23)〜(27)のいずれか1項に記載の製造方法。
以下、本発明を詳細に説明する。
1.芳香環ジオキシゲナーゼ(ビフェニルジオキシゲナーゼ)及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ(ジヒドロビフェニルジオール デサチュラーゼ)
本発明では、2種類の酵素、すなわち、改変芳香環(改変ビフェニル)ジオキシゲナーゼ(今後は単に「芳香環ジオキシゲナーゼ」と記載)及び芳香環(ビフェニル)ジヒドロジオール デサチュラーゼ(デヒドロゲナーゼ)(今後は単に「芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ」と記載)の活性を利用している。これらの酵素は上記酵素をコードする遺伝子を有する微生物から得ることができる。そのような微生物としては、例えば、ビフェニルやPCB等を分解するビフェニル分解細菌、例えば、シュードモナス(Pseudomonas)属、コマモナス(Comamon as)属、ブルクホルデリア(Burkholderia)属、スフィンゴモナス(Sphingomon as)属、ロドコッカス(Rhodococcus)属、ラルストニア(Ralstonia)属等に属する細菌を挙げることができる。これらの属に属する細菌の例としては、シュードモナス・シュードアルカリゲネス(Pseudomonas pseudoalcaligenes)、コマモナス・テストステロニ(Comamonas testosteroni)、ブルクホルデリア・セパシア(Burkholderia cepacia)、スフィンゴモナス・アロマティシボランス(Sp hingomonas aromaticivorans)、ロドコッカス・グロベルラス(Rodococcus glo berulus)、ラルストニア・オキサラティカ(Ralstonia oxalatica)等を挙げることができる。これらの細菌は、ATCCやDSMZ等のカルチャーコレクションから入手可能である。ただし、本発明で利用可能な微生物は上記のものに限定されず、芳香環ジオキシゲナーゼあるいは芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子の少なくとも一方を有する微生物であればどのようなものでも利用することができる。なお、芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子と芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ遺伝子は通常、ゲノムDNAまたはプラスミドDNA内において、隣通しかごく近傍に存在しているので、どちらか一方の遺伝子の配列を含むクローン、たとえばコスミドクローン等をコロニーハイブリダイゼーション法等により単離すれば、簡単にもう一方の遺伝子も一緒に単離することができる。
芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子又は芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ遺伝子を有する微生物の一例として、本発明者らは、シュードモナス・シュードアルカリゲネスKF707株(Furukawa,K.and Miyazaki,T.,Cloning of gene cluster encoding biphenyl and chlorobiphenyl degradation inPseudomonas pseu doalcaligenes.J.Bacteriol.,166,392−398.1986)及びブルクホルデリア・セパシアLB400株(Pseudomonas属に近い)(Erickson,B.D.,Mondello,F.J.,Nucleotide sequencing and transcriptional mapping of the genes encoding biphenyl dioxgenase,a multicomponent polychlorinated−biphenyl−degrading enzyme in Pseudomonas strain LB400.J.Bacteriol.,174,2903−2912,1992)の解析を行い、上記2種類の酵素遺伝子を単離している。シュードモナス・シュードアルカリゲネスKF707株由来の芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子(bphA1A2 A3A4)を組み込んだ大腸菌JM109(pKF6622)は、2000年9月13日付けで旧通商産業省工業技術院生命工学工業技術研究所(現特許生物寄託センター 〒305−8566 茨城県つくば市東1−1−1 中央第6)に寄託されている(受託番号FERM BP−7300)。また、シュードモナス・シュードアルカリゲネスKF707株とブルクホルデリア・セパシアLB400株由来のbphA1との間でDNAシャフリングを行い分子進化させたbphA1(2072)遺伝子を含む芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子(bphA1(2072)A2A3A4)を組み込んだ大腸菌JM109(pKF2072)は、2000年9月13日付けで旧通商産業省工業技術院生命工学工業技術研究所(現特許生物寄託センター 〒305−8566 茨城県つくば市東1−1−1 中央第6)に寄託されている(受託番号FERM BP−7299)。また、シュードモナス・シュードアルカリゲネスKF707株由来の芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ遺伝子bphBの配列(GenBank accession M83673)を配列番号1に示した。
上記2種類の酵素、すなわち、芳香環ジオキシゲナーゼと芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼの元々報告されていた機能を下図に示す(Kimura,N.,Nishi,A.,Goto,M.,Furukawa,K.,Functional analyses of a variety of chimeric dioxygenases constructed from two biphenyl dioxygenases that are similar structurally but different functionally.J.Bacteriol.,179,3936−3943,1997)。
Figure 2004078988
芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子は、bphA1bphA2bphA3bphA4からなり、芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼはbphB遺伝子からなっている。
本明細書でいう芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼには、上記の遺伝子を有する微生物から産生されるものだけでなく、例えば、それらの遺伝子間でDNAシャフリング等の分子進化工学的手法を施して得られる改変遺伝子を導入した組換え微生物から産生される改変芳香環ジオキシゲナーゼ及び改変芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ等も含まれる。
本発明者らは、本発明において、シュードモナス・シュードアルカリゲネスKF707株のbphA1とブルクホルデリア・セパシアLB400株のbphA1間でDNAシャフリングを行い、コードされる酵素の基質特異性を広げたbphA1遺伝子(DDBJ/Genbank accession AB085748)、及び、シュードモナス・シュードアルカリゲネスKF707株由来のbphA2bphA3bphA4bphB遺伝子(DDBJ/Genbank accession M83673)を用いた。しかしながら、同様の酵素活性を有する相当遺伝子は他にもあるので、本発明はこれらの遺伝子配列を有する組換え微生物から産生される酵素を利用するものに限定されるものではないことはいうまでもない。
なお、DNAシャフリング等の分子進化工学的手法は、現在では一般的な手法になりつつあるので、参考文献を参照されたい(たとえば、Kurtzman,A.L.,Govindarajan,S.,Vahle,K.,Jones,J.T.,Heinrichs,V.,Patten P.A.,Advances in directed protein evolution by recursive genetic recombination:applications to therapeutic proteins.Curr.Opinion Biotechnol.,12,361−370,2001)。
2.微生物への導入・発現
本発明では、例えば、上記1で説明した改変芳香環(改変ビフェニル)ジオキシゲナーゼ[bphA1(2072)::bphA2A3AA4](bphA1(2072)A2A3A4)遺伝子、及び、芳香環(ビフェニル)ジヒドロジオールデサチュラーゼ(bphB)遺伝子を導入・発現させた組換え大腸菌及びその組換え大腸菌が産生する酵素を用いることができる。外来遺伝子を大腸菌に導入・発現する方法は常法により行うことができる(例えば、Sambrook,J.,Russell,D.W.,”Molecular cloning−A laboratory manual”,Third edition,Cold Spring Harbor Laboratory Press,2001)。例えば、大腸菌ベクターとしてpBluescript II SKを用いて、bphA1(2072)A2A3A4遺伝子の発現にはlacプロモータを利用することができる。
なお、宿主としての微生物は大腸菌に限定されるものではない。たとえば、放線菌であるストレプトマイセス(Streptpmyces)属細菌で、上記遺伝子を導入・発現させることも可能であり、そのような形質転換した組換え微生物も用いることができる(Chun,H.−K.,Ohnishi,Y.,Shindo,K.,Misawa,N.,Furukawa,K.,Horinouchi,S.,Biotransformation of flavone and flavanone byStrep tomyces lividans cells carrying shuffled biphenyl dioxygenase genes.J.Mol.Catalysis B:Enzymatic,21,113−121,2003)。
さらに、組換え大腸菌等の微生物から、必要な酵素を産生させて、それらを用いて物質変換を行うことも容易である。即ち、本発明は組換え微生物と変換したい基質との混合培養により芳香族ジオールを製造するだけでなく、該組み換え微生物または相当遺伝子を有する非組換え微生物が産生する酵素を抽出し、その抽出酵素を用いて芳香族ジオールを製造することもできる。
本発明では、上述のような、芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子、及び、芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ遺伝子、又はそれらの改変遺伝子を有する微生物が産生する芳香環ジオキシゲナーゼ、及び、芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼを用いて、下記式(I)、(II)又は(III):
Figure 2004078988
(式中、H1は置換基を有していてもよい複素環式基であり、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、P2は置換基を有していてもよいフェニル基であり、A2は置換基を有していてもよい炭素数2〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、C1はヘテロ原子置換環式炭化水素基である。ただし、C1における環式炭化水素基はフェニル基を含まない。)
で表されるフェニル基を含む芳香族化合物と、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼとを反応させて、芳香族ジオール化合物(I’)、(II’)又は(III’):
Figure 2004078988
(式中、H1、A1、P2、A2及びC1は前記定義のとおりである。)
を得ることを含む芳香族ジオールを製造する。
本明細書でいう「複素環式基」とは、窒素原子、酸素原子、および硫黄原子からなる群から選択される1以上の異種原子を環原子として含んでなる単環式または二環式の環状基であって、置換基により置換されていてもよいものを意味する。「複素環式基」の例としては、C1−4アルキル基により置換されていてもよい5〜7員の飽和または不飽和の単環性複素環式基、およびC1−4アルキル基により置換されていてもよい9〜11員の飽和または不飽和の二環性複素環式基が挙げられる。「複素環式基」を構成する複素環の具体的な例としては、キノリン、インドール、インダノン、ベンゾチアゾール、ベンゾキサゾール、ピリジン、3−メチルピリジン、ピリミジン、ピロール、ピラゾール、3−メチルピラゾール、イミダゾール、イソチアゾール、ベンゾフラン、チオフェン、クロモン(4H−クロメン−4−オン)、クロマン−4−オン、6−ヒドロキシ−クロマン−4−オン、およびフタルイミド等が挙げられる。
また、本明細書でいう「ヘテロ原子置換環式炭化水素基」とは、ヘテロ原子を含む置換基、例えば、−(C=O)−、アミノ基、ヒドロキシル基等を有する環式炭化水素のことをいう。このようなヘテロ原子置換環式炭化水素としては、例えば、インダニル基等が挙げられる。
アルキレン基は−(CH)n−(式中、nは1〜4の整数)であって、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、エチリデン基、イソプロピリデン基、プロピレン基等が挙げられる。
アルケニレン基としては、例えば、ビニレン基、1−プロペニレン基、1−ブテニレン基、2−ブテニレン基等が挙げられる。
上記複素環式基、アルキレン基及びアルケニレン基は、その基内に−(C=O)−、−O−等の構造を含んでいてもよい。さらに、上記複素環式基、アルキレン基及びアルケニレン基は置換基を有していてもよい。置換基としては、炭素数1〜4のアルキル基、アミノ基、ヒドロキシル基、シアノ基等が挙げられる。
本発明において好適に用いられる化合物としては、例えば、以下のような化合物が挙げられる。
式(I)の化合物の具体例:
Figure 2004078988
式(II)の化合物の具体例:
Figure 2004078988
式(III)の化合物の具体例:
Figure 2004078988
上記式(I)〜(III)の化合物と、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼとを反応させるか、又はこれらの酵素を産生する微生物とともに培養することにより、下記式のように、式(I)〜(III)のフェニル基内の隣り合った位置に2つの水酸基を導入することができる。
Figure 2004078988
(式中、H1、A1、P2、A2及びC1は前記定義のとおりである。)
即ち、本発明の方法により、例えば、上で示した式(I)〜(III)の16個の化合物からは以下の対応する芳香族ジオール化合物を得ることができる。
Figure 2004078988
上記式(I)〜(III)で表される化合物と、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ(又は、これらの酵素を含む破砕微生物、微生物培養液、粗酵素、精製酵素等)との反応、あるいは上記2つの酵素を産生する微生物とともに培養する方法は、通常の酵素反応又は培養方法と同様にして常法により行なうことができる。
例えば、上記式(I)〜(III)で表される化合物とともに、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼを産生する微生物を培養する方法は以下のようにして行なうことができる。
微生物を培養する培地としては通常、該微生物が生育し得る培地であれば良く、具体的には、LB培地、M9培地、KB培地、YM培地、KY培地、F101培地、等が例示される。
炭素源としては菌体が資化し生育できる炭素化合物であればいずれでも使用可能である。窒素源としては、例えば、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム等の無機窒素源、酵母エキス、ペプトン、肉エキスなどの有機窒素源を使用することができる。これらの他に、必要に応じて、無機塩類、金属塩、ビタミンなどを添加することもできる。
培養は、通常、温度20〜40℃、より好ましくは25〜35℃であり、pHは5〜9が好ましい。また、適宜、振盪培養や回転培養としてもよい。
培養終了後、培養液を遠心分離機にかけ、上清を回収し、上清液を酢酸エチル等の有機溶媒を用いて抽出する。次いで、抽出液をカラムクロマトグラフィー等で処理することにより目的とする芳香族ジオールを得ることができる。
さらに、本発明では芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼの基質として上記式(I)、(II)及び(III)の化合物の他に下記式(IV):
Figure 2004078988
(式中、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、P3は置換基を有するフェニル基であり、H2は非置換複素環芳香族基である。)
で表される化合物も同様に用いることができる。本明細書でいう「複素環芳香族基」とは、先に述べた複素環式基のうち芳香族性を有する基、例えばベンゾキサゾリル基等のことをいう。
式(IV)の化合物と芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼとの反応、あるいは前記2つの酵素を産生する微生物とともに培養する方法は先に述べたのと同様にして行なうことができる。
式(IV)の化合物を用いた場合、H2内の隣合った位置に2つの水酸基が導入される。例えば、式(IV)の化合物として、2’−ヒドロキシ−2−フェニルベンゾキサゾール:
Figure 2004078988
を用いた場合、複素環芳香族基が置換された下記式の化合物:
Figure 2004078988
が得られる。
本発明の方法により得られる芳香族ジオール化合物は抗酸化作用を有するので、抗酸化剤として有用である。また、本発明の方法により得られる、2−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−6−ヒドロキシクロマン−4−オン、3−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−7−ヒドロキシクロメン−4−オン、3−(2−ピリジル)ベンゼン−1,2−ジオール、3−(2−キノリル)ベンゼン−1,2−ジオール、3−(イミダゾリルメチル)ベンゼン−1,2−ジオール、3−(2−ピリジルメチル)ベンゼン−1,2−ジオール、1−[(2,3−ジヒドロキシフェニル)メチル]ピペリジン−4−オン、3−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−1−フェニルプロパン−1−オン、3−(2,3−ジヒドロキシフェニル)インダン−1−オン又は2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾール−4,5−ジオールは新規な化合物である。
本発明ではまた、分子内にアミノ基とフェニル基を有する芳香族化合物(芳香族第一級アミン)から芳香族ジオールを製造する方法を提供している。このような芳香族第一級アミンの水酸化物は経口用医薬品や化学原料等の産業上有用な有機低分子化合物の化学合成のためのビルディングブロックとして有用である。一般に、アミノ基を有する有機低分子化合物(第一級アミン)は、分子双極子を有しており、窒素原子の方に電子密度がシフトしている。その結果として、アミノ基は求核性を有している。このような第一級アミンの性質のため、アミノ基をそのままにしたままで、任意の炭素原子部位に官能基を導入することは、生物変換反応によっても、有機化学反応によっても非常に困難であった。発明者らが検討したところによっても、分子内にアミノ基とフェニル基を有する芳香族化合物そのものを芳香環ジオキシゲナーゼの基質にすることは不可能であった。しかしながら、発明者らは以前、芳香族第一級アミンにおけるアミノ基をフタル酸イミド体に化学変換した化合物が、芳香環ジオキシゲナーゼ[bphA1(2072)A2A3A4]遺伝子を発現した放線菌ストレプトマイセス・リビダンス(Streptomyces lividan )により、水酸化産物に変換されることを見出した(特許文献1参照)。たとえば、1−フェニルエチルアミンのフタル酸イミド誘導体を、上記の放線菌と混合培養することにより、分子内のフェニル基に水酸基を導入することができた。なお、芳香族第一級アミンのフタル酸イミド誘導体は、抱水ヒドラジン処理することにより、容易にフリー体に導くことができる。しかしながら、芳香族第一級アミンのフタル酸イミド誘導体の変換率は4〜5%と低く、また、同様の芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子を有する大腸菌では変換することができなかった(特許文献1参照)。
本発明者らは、上記の欠点を補うために検討を加えた結果、分子内にアミノ基とフェニル基を有する芳香族化合物(芳香族第一級アミン)のアミノ基にBOC(−BOC)保護基(−COOC(CH)を付けた化合物が、芳香環ジオキシゲナーゼ[bph A1(2072)A2A3A4]遺伝子と芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ(bphB)遺伝子とを有する大腸菌により、高効率で芳香族ジオールに変換されることを見出した。
本発明では、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼの基質として、下記式(V):
Figure 2004078988
(式中、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基である。)
で表される芳香族化合物のアミノ基をBOC保護基で保護した後、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼと反応させることにより、芳香族ジオール化合物(V’):
Figure 2004078988
(式中、BOCはBOC保護基を表し、A1は前記定義のとおりである。)
を製造する。アルキレン基、及びアルケニレン基の説明は先に述べたとおりである。また、アミノ基にBOC保護基を付けるのは常法に基づいて行うことができる。たとえば、芳香族第一級アミンを50%ジオキサンに溶かし、アルカリ中で、ジ−−ブチルジカルボネート(di−tert−butyl dicarbonate)と反応させることにより、BOC(−BOC)保護物を得ることができる。
式(V)の化合物にBOC保護基を付けたものと、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼとの反応、あるいは前記2つの酵素を産生する微生物とともに培養する方法は、先に述べたのと同様にして行うことができる。
たとえば、式(V)の化合物として、アニリン、ベンジルアミン、1−フェニルエチルアミン:
Figure 2004078988
を用いた場合、フェニル基が置換された下記式の化合物:
Figure 2004078988
が得られる。なお、本BOC保護基は、10%のトリフルオロ酢酸(TFA)を含むジクロロメタン中で、室温、3時間撹拌することにより、容易に脱保護できる。その結果、下図のように、遊離アミノ基を有する芳香族ジオールに戻すことができる。
Figure 2004078988
なお、23の化合物は、新規の化合物である。
本発明ではさらに、分子内にカルボン酸とフェニル基を有する芳香族化合物(芳香族カルボン酸)から芳香族ジオールを製造する方法を提供している。このような芳香族カルボン酸の水酸化物は経口用医薬品や化学原料等の産業上有用な有機低分子化合物の化学合成のためのビルディングブロックとして有用である。前述のアミノ基を有する有機低分子化合物(第一級アミン)がプラスの電荷を有するビルディングブロックであるのに対して、芳香族カルボン酸はマイナスの電荷を有するビルディングブロックである。
発明者らは、分子内にカルボン酸とフェニル基を有する芳香族化合物(芳香族カルボン酸)そのものを、芳香環ジオキシゲナーゼ[bphA1(2072)A2A3A4]遺伝子と芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ(bphB)遺伝子とを有する組換え大腸菌と共に混合培養を行っても変換することができないことを見出した。そこで、塩酸メタノールを用いてカルボン酸のメチルエステル化を行ったところ、その芳香族カルボン酸メチルエステル体は、上記の組換え大腸菌により、高効率で芳香族ジオールに変換されることを見出した。
本発明では、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼの基質として、下記式(VI):
Figure 2004078988
(式中、A3は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基である。)
で表される芳香族化合物のカルボキシル基をメチル(アシル)エステル等の炭素数1〜4のアルキルエステルにした後、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼと反応させることにより、芳香族ジオール化合物(VI’):
Figure 2004078988
(式中、Rはメチル基等の炭素数1〜4のアルキル基を表し、A3は前記定義のとおりである。)
を製造する。アルキレン基、及びアルケニレン基の説明は先に述べたとおりである。Rは炭素数1〜4の直鎖又は分枝アルキル基であり、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、イソブチル基等が挙げられる。また、芳香族カルボン酸のカルボン酸のメチルエステル化による保護は常法、たとえば、以下のような方法により行うことができる。芳香族カルボン酸500mgを5mlの5%HCl−MeOH(塩酸メタノール)溶液に溶解し、室温で6時間反応させる。その後減圧下でHCl−MeOH溶液を留去し、残った反応物をシリカゲルカラム(直径1cm x 長さ15cm)で精製することにより、カルボン酸のメチルエステルを得ることができる。反応産物VI’のメチル基等のアルキル基は、アルカリで撹拌処理することにより容易に遊離の芳香族カルボン酸に戻すことができる。たとえば、芳香族カルボン酸メチルエステル体を、塩酸−炭酸カリウム水溶液(80:20)で6時間撹拌処理することにより、遊離の芳香族カルボン酸に戻すことができる。この芳香族カルボン酸は、反応液に5倍量位の水を加え塩酸でpH3−4にした後、酢酸エチルで分液することに容易に回収することができる。
式(VI)の化合物のメチル(アシル)エステル体(VI’)と、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼとの反応、あるいは前記2つの酵素を産生する微生物とともに培養する方法は、先に述べたのと同様にして行うことができる。
たとえば、式(VI)の化合物として、ケイヒ酸:
Figure 2004078988
を用いた場合、フェニル基が置換された下記式の化合物:
Figure 2004078988
が得られる。なお、このメチルエステル体はアルカリ中で撹拌処理することにより、下図のように、遊離カルボン酸を有する芳香族ジオールに戻すことができる。
Figure 2004078988
本明細書は本願の優先権の基礎である特願2003−057867号の明細書に記載される内容を包含する。
以下、実施例により本発明について具体的に説明する。もっとも、本発明はこれにより限定されるものではない。
[実施例1]改変芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子発現用プラスミドpKF2072の作製
改変芳香環(改変ビフェニル)ジオキシゲナーゼ遺伝子発現用プラスミドpKF2072は、例えば、特許文献1(特開2003−269号公報)等に記載の方法を参照することにより作製することができる。
ブルクホルデリア・セパシアLB400株由来の芳香環(ビフェニル)ジオキシゲナーゼ大サブユニットをコードする遺伝子(bphA1)(この塩基配列はGenBank accession M86348に登録されている)とシュードモナス・シュードアルカリゲネスKF707株由来の芳香環(ビフェニル)ジオキシゲナーゼの大サブユニットをコードするDNA(bphA1)(この塩基配列はGenBank accession M83673に登録されている)を、共通のフランキング配列からなるbphA1プライマーを用いたPCRにより単離した。bphA1プライマーの塩基配列を示すと、
Figure 2004078988
なお、フォワード側にはSacI部位が、リバース側にはBglII部位があり、両側にさらにEcoRI部位が付与されている(いずれも、アンダーラインで示されている)。PCRの条件は、94℃1分、52℃1.5分、72℃1分で、25サイクル行った。
単離された上記の2種類のbphA1を混ぜ合わせ、0.15ユニットのDnase I(宝酒造)で15℃6分間、分解処理した。10−50bp DNA断片をアガロースゲルから回収後、混合し、セルフプライミングPCR,bphA1プライマーを加えたPCRを行い、ランダムにアミノ酸配列が入れ替わった(DNAシャフリング)種々のキメラbphA1を含むPCR産物を得た。なお、PCRは上記と同じ条件で行い、種々のキメラbphA1を含むPCR産物は、SacI/BglIIで二重消化後、アガロースゲルから精製した。
P. pseudoalcaligenes KF707株のbphA1A2A3A4−bphB−bphC遺伝子群を含む発現プラスミドpJHF18(Hirose,J.,Auyama,A.,Hayashida,S.,Furukawa,K.,Gene,128,27−33,1994)を有する大腸菌は、メタ開裂まで反応が進むので、ビフェニルを基質とした場合はメタ開裂産物として、2−ヒドロキシ−6−オキソ−6−フェニルヘキサ−2,4−ジエン酸(2−hydroxy−6−oxo−6−phenylhexa−2,4−dienoic acid)を生成する。一般に、メタ開裂産物は黄色を呈するので、434nmでモニターすることが可能である。プラスミドpJHF18において、1ヵ所のMluI部位がbphA1内にあるので、MluIで消化,filled−in後、re−ligationを行うことにより、bphA のみを破壊したプラスミドpJHF18ΔMluIを作製した(T.Kumamaru,H.Suenaga,M.Mitsuoka,T.Watanabe,K.Furukawa,Nature Biotechnology,16,663−666,1998)。
次に、pJHF18ΔMluIをSacI/BglIIで二重消化により、ΔbphA1遺伝子をのみを含む1.39kb断片を除き、代わりに、上記で作製した種々のキメラbphA1を含むPCR産物(SacI/BglIIで二重消化後のもの)を挿入し、種々の改変芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子(modifiedbphA1::bphA2A3A4遺伝子)とbphBbphC遺伝子を含む種々のプラスミド(pSHF1000シリーズ)を得た。
これら種々のプラスミドを有する大腸菌XL1−Blueにビフェニル蒸気を充て、メタ開裂により黄色を呈することができるコロニーを選抜し、以後の実験に用いた。メタ開裂により黄色を呈することができるコロニーにおいては、DNA shufflingにより得られたmodifiedbphA1遺伝子が正常に機能できることを意味している。
ビフェニル蒸気により黄色を呈することができた、いくつかの大腸菌形質転換体のうちの1つ(この大腸菌に含まれるプラスミドをpSHF1072と命名)は、ビフェニルに対するメタ開裂の分解効率が、それぞれの親(KF707及びLB400)のbphA 遺伝子を持つものより、2倍近く高かっただけでなく、それぞれの親(KF707及びLB400)のbphA1遺伝子を持つものが分解できないベンゼンやトルエンをもメタ開裂により分解することができた。ただし、この分解効率は、P.putida F1の相当遺伝子todC1遺伝子を持つものの1/3位であった。
次に、プラスミドpSHF1072に含まれるshuffledbphA1::bphA2A3A4遺伝子群が大腸菌ベクターpUC118のlacプロモーターの転写のリードスルーを受ける方向に挿入された、改変芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子発現用プラスミドpKF2072を作製した。より具体的には、プラスミドpSHF1072からshuffledbphA1−bphA2A3A4−b phB−bphC遺伝子群を含む6.78kbXhoI断片を切りだし、pUC118のXhoI部位に挿入した。次に、bphBbphC内にまたがって存在していた1.43kbPpuMI断片を、 puMI消化、re−ligationにより欠失させた。これにより、shuffledbphA1(pSHF1072由来)::bphA2A3A4遺伝子のみを含む5.35kb断片がpUC118のlacプロモーターの転写のリードスルーを受ける方向に挿入されたプラスミドpKF2072を得た。
このプラスミドpKF2072におけるshuffledbphA1(pSHF1072由来)遺伝子を以後、bphA1(2072)遺伝子と呼ぶ。本遺伝子の塩基配列はGenBank accession AB085748に登録されている。また、bphA2A3A4の塩基配列はGenBank accession M83673に登録されている。
なお、既に、本発明者らはこのpKF2072が導入された大腸菌JM109株[今後、大腸菌(pKF2072)と記述する場合がある]を用いて種々の生変換(bioconversion)実験を行なっており、その結果は、前述の非特許文献1(Misawa,N.,Shindo,K.,Takahashi,H.,Suenaga,H.,Iguchi,K.,Okazaki,H.,Harayama,S.,and Furukawa,K.,Hydroxylation of various molecules including heterocyclic aromatics using recombinantEscherichia coli cells expressing modified biphenyl dioxygenase genes.Tetrahedron,58,9605−9612,2002))、及び、特許文献1(特開2003−269号公報、三沢典彦、新藤一敏、岡崎寛、古川謙介、堀之内末治、水酸化された複素環化合物および芳香族カルボン酸の製造方法および改変された芳香環ジオキシゲナーゼ)に開示している。
大腸菌(pKF2072)は、種々のフェニル基等を含む複素環芳香族化合物を変換し、フェニル基または複素環芳香族基内の隣合った位置に位置特異的に2つの水酸基と2つの水素が導入された芳香族−シス(cis)−ジヒドロジオール体を立体選択的に生成できることがわかっている。その中でも代表的な反応特異性の例は、複素環芳香族基とフェニル基が単結合(ビフェニル結合)した芳香環化合物を基質とし、産物として、複素環芳香族基−シス−2,3−ジヒドロベンゼンジオール(heteroaromatic group−cis−2,3−dihydrobenezenediol)を合成する立体特異的反応(stereo−specific reaction)である。
なお、上記の改変芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子を組み込んだ大腸菌JM109(pKF2072)は、2000年9月13日付で旧通商産業省工業技術院生命工学工業技術研究所(現特許生物寄託センター 〒305−8566 茨城県つくば市東1−1−1 中央第6)に寄託されている。受託番号は、FERM BP−7299である。
[実施例2]改変芳香環ジオキシゲナーゼ/芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ遺伝子同時発現用プラスミドpBS2072Bの作製
実施例1で作製したプラスミドpKF2072から、bphA1(2072)遺伝子を含む1.9kbのXbaI−BglII断片を切り出した。また、実施例1で説明したプラスミドpJHF18から、bphA2A3A4bphB遺伝子(シュードモナス・シュードアルカリゲネスKF707株由来)を含む3.78kbのBglII−ClaI断片を切り出した。これら2つの断片をBg II部位を介して、大腸菌ベクターpBluescript II SKのXbaI−ClaI部位に挿入し、プラスミドpBS2072Bを作製した。
プラスミドpBS2072Bにおいて、bphA1(2072)::bphA2A3A4bphB遺伝子は、ベクターのlacプロモータの転写のリードスルーを受ける方向に挿入されている。このpBS2072Bを大腸菌JM109株に導入することにより得られた形質転換体を以後の実験に用いた。bphB遺伝子の塩基配列(配列番号1)はGenBank accession M83673に登録されている。
[実施例3]大腸菌形質転換体と基質(式(I)、(II)、(III)又は(IV)の化合物、又は(V)の化合物のBOC保護物、又は(VI)の化合物のメチルエステル体)との共存培養の一般的手順
実施例2で作製した芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ遺伝子を有する組換え大腸菌JM109、すなわち、大腸菌(pBS2072B)を、150μg/mlのアンピシリン(Ap)を含むLB培地(1%トリプトン、0.5%酵母エキス、1%NaCl)で対数期前半まで液体培養し、最終濃度が約30%になるようにグリセロールに懸濁し、−70〜−80℃のディープフリーザーに入れることにより、グリセロール保存株とした。また、コントロールとして、pUC118等のAp耐性のベクターのみを有する大腸菌(JM109株)も同様に培養してグリセロール保存株を作製した。
大腸菌(pBS2072B)との共存培養による基質の芳香族ジオールへの変換反応を開始するにあたって、まず、上記のグリセロール保存株から、大腸菌形質転換体を白金耳で掻き取り、150μg/mlのアンピシリン(Ap)を含むLB培地4mlに懸濁し、175rpm、30℃で7〜8時間培養した(前培養)。次に、この前培養液を、150μg/mlのAp、0.4%(w/v)のグルコース、及び10μg/mlのチアミン(thiamine)を含むM9培地(Sambrook,J.,Russell,D.W.,”Molecular cloning −A laboratory manual”,Third edition,Cold Spring Harbor Laboratory Press,2001)70mlに入れ、175rpm、30℃で16〜17時間(一晩)培養した(本培養)。これでOD600nmが約1になる。これを8,000rpmで5分間遠心分離して菌体のみを集めた後、最終濃度1mMのイソプロピル−1−チオ−β−D−ガラクトピラノシド(IPTG)と7mgまたは1mM(最終濃度)の基質とを含む70mlのM9培地(150μg/mlのAp、0.4%(w/v)のグルコース、及び10μg/mlのチアミンを含む)に懸濁し、175rpm、30℃で2〜3日間さらに共存培養を行った。なお、基質は前もって、少量のDMSO又は70%エタノールに溶かしたものを培地に加えた。培養2〜3日目に70mlのメタノールを加え30分間攪拌することにより生成した芳香族ジオールを含む脂質成分を抽出し、8,000rpmで5分間遠心分離して上清を集め、脂質粗抽出液とした。たいていの場合、この状態で4℃で数週間、保存可能であったが、脂質粗抽出液はすぐにHPLC分析に供した。
[実施例4]脂質粗抽出液のHPLC分析手順
実施例3で調製された脂質粗抽出液80μlを1回のインジェクションに供した。XTerra MS C18カラム(5μm,4.6mm x 250mm,Waters)を用い、1ml/minの速度でHPLCを行った。カラム温度は30℃で行った。HPLCの本体装置としてWaters社のアライアンスシステム(2695型)を用い、フォトダイオードアレイ検出器としてWaters2996型を用いた。展開溶媒の条件は、以下の通りである。
A液:水/メタノール(50/50)
B液:メタノール/2−プロパノール(60/40)
0〜5分(A液)、5〜20分(A液)→(B液)凸型グラジエント(No3,Waters)、20分〜(B液)
この条件では通常、31分以内に全化合物が分離された。210〜350nmの範囲で吸収極大値を示した波長(max plot)でモニターしたピークの面積比をもって変換率とした。
この分析で目的とする芳香族ジオールの生成が確認されたものについて次の精製・同定のステップを行なった。
[実施例5]共存培養により得られた産物の精製・同定
スケールを10倍にして実施例3と同様にして大腸菌(pBS2072B)と実施例4で芳香族ジオールへの変換が確認された化合物(基質)との共存培養を行なった。
基質としては、具体的には、フラボン、フラバノン、6−ヒドロキシフラボン、6−ヒドロキシフラバノン、7−ヒドロキシイソフラボン、2−フェニルピリジン、2−フェニルインドール、2−フェニルベンゾキサゾール、2−フェニルベンゾチアゾール、2−フェニルキノリン、4−フェニルモルホリン、1−ベンジルイミダゾール、2−ベンジルピリジン、1−ベンジルピペリドン、trans−カルコン、3−フェニル−1−インダノン及び2’−ヒドロキシ−2−フェニルベンゾキサゾール、及び、アニリン、ベンジルアミン、1−フェニルエチルアミンのBOC保護物、及び、ケイヒ酸のメチルエステル体を用いた。
大腸菌(pBS2072B)と実施例4で芳香族ジオールへの変換が確認された基質との混合培養液700ml〜1400mlに等量のメタノールを添加し、室温で2時間撹拌した。これを7,000rpmで10min遠心分離し、上清を回収した。上清は減圧下300ml〜500mlまで濃縮し、等量の酢酸エチルで2度抽出した。酢酸エチル層を減圧下濃縮して芳香族ジオール含有粗抽出物を得た。この粗抽出物をシリカゲル[0.25nm Silica Gel 60,(Merck)]を用いた薄層クロマトグラフィー(TLC)にかけ、変換産物の確認を行った後、シリカゲルカラム[20 x 250mm,Silica Gel 60(Merck)]を用いたカラムクロマトグラフィーに供して純品を得た。
なお、各基質におけるTLCの展開溶媒は以下の通りである。
フラボン,CHCl−MeOH(20:1);フラバノン,CHCl−MeOH(20:1);6−ヒドロキシフラボン,CHCl−MeOH(20:1);6−ヒドロキシフラバノン,CHCl−MeOH(15:1);7−ヒドロキシイソフラボン,CHCl−EtOAc(10:1);2−フェニルピリジン,ヘキサン−EtOAc(10:1);2−フェニルインドール,ヘキサン−EtOAc(3:1);2−フェニルベンゾキサゾール,ヘキサン−EtOAc(8:1);2−フェニルベンゾチアゾール,ヘキサン−EtOAc(30:1);2−フェニルキノリン,ヘキサン−EtOAc(10:1);4−フェニルモルホリン,CHCl−MeOH(30:1);1−ベンジルイミダゾール,CHCl−MeOH(10:1);2−ベンジルピリジン,ヘキサン−EtOAc(10:1);1−ベンジルピペリドン,ヘキサン−EtOAc(1:1);trans−カルコン,ヘキサン−EtOAc(4:1);3−フェニル−1−インダノン,ヘキサン−EtOAc(2:1);2’−ヒドロキシ−2−フェニルベンゾキサゾール,ヘキサン−EtOAc(4:1);BOC−アニリン,ヘキサン−EtOAc(5:1);BOC−ベンジルアミン,CHCl−MeOH(10:1);BOC−1−フェニルエチルアミン,CHCl−EtOAc(3:1)、ケイヒ酸メチルエステル,CHCl:MeOH(40:1)。
また、各基質におけるカラムクロマトグラフィフィーの展開溶媒は以下の通りである。
フラボン,CHCl−MeOH(20:1);フラバノン,CHCl−MeOH(20:1);6−ヒドロキシフラボン,CHCl−MeOH(20:1);6−ヒドロキシフラバノン,CHCl−MeOH(15:1);7−ヒドロキシイソフラボン,CHCl−EtOAc(10:1);2−フェニルピリジン,ヘキサン−EtOAc(10:1);2−フェニルインドール,ヘキサン−EtOAc(3:1);2−フェニルベンゾキサゾール,ヘキサン−EtOAc(8:1);2−フェニルベンゾチアゾール,ヘキサン−EtOAc(20:1);2−フェニルキノリン,ヘキサン−EtOAc(10:1);4−フェニルモルホリン,CHCl−MeOH(30:1);1−ベンジルイミダゾール,CHCl−MeOH(10:1);2−ベンジルピリジン,ヘキサン−EtOAc(10:1);1−ベンジルピペリドン,ヘキサン−EtOAc(1:1);trans−カルコン,ヘキサン−EtOAc(30:1)→(4:1)(stepwise);3−フェニル−1−インダノン,ヘキサン−EtOAc(2:1);2’−ヒドロキシ−2−フェニルベンゾキサゾール,ヘキサン−EtOAc(4:1);BOC−アニリン,ヘキサン−EtOAc(4:1);BOC−ベンジルアミン,CHCl−MeOH(20:1);BOC−1−フェニルエチルアミン,CHCl〜CHCl/EtOAc(5:1)(stepwise)、ケイヒ酸メチルエステル,CHCl:MeOH(40:1)。
変換産物の同定を以下に記述していく。ただし、アニリン、ベンジルアミン、1−フェニルエチルアミンのBOC保護物の変換産物の同定は実施例8で、ケイヒ酸メチルエステル体の変換産物の同定は実施例9で記述する。
[実施例5−1]フラボンの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)によりフラボン(flavone)の変換実験を行って得られた粗抽出物(176mg)をTLCに供したところ、Rf値0.2の産物が1つのみ生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物1(30mg)の純品を得た。化合物1は以前に報告されたMSとNMRのスペクトルデータとの比較(特開2003−269)により、2−(2,3−ジヒドロキシフェニル)クロメン−4−オン(2−(2,3−dihydroxyphenyl)chromen−4−one)であると同定した。
Figure 2004078988
化合物1の2−(2,3−ジヒドロキシフェニル)クロメン−4−オンは、改変芳香環ジオキシゲナーゼbphA1(2072)遺伝子のみを有するプラスミドpKF2072を含む大腸菌でも例外的に生成することが分かっている(特開2003−269)。この理由としては、大腸菌内に内在的な芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼが存在していたためと思われる。しかしながら、この場合、他の生成産物として2−(3−ヒドロキシフェニル)クロメン−4−オン[2−(3−hydroxyphenyl)chromen−4−one]を含んでおり、ジオール体の収率が悪くなり、また精製が煩雑になる。芳香環ジオキシゲナーゼ+デサチュラーゼ反応によりジオール体である2−(2,3−ジヒドロキシフェニル)クロメン−4−オンが効率的に製造できるという報告はこれが最初である。従って、本発明による方法は化合物1の製造方法としても有効である。
[実施例5−2]フラバノンの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)によりフラバノン(flavanone)の変換実験を行って得られた粗抽出物(225mg)をTLCに供したところ、Rf値0.3の産物が1つのみ生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物2(68mg)の純品を得た。化合物2は以前に報告されたMSとNMRのスペクトルデータとの比較(特開2003−269)により、2−(2,3−ジヒドロキシフェニル)クロマン−4−オン(2−(2,3−dihydroxyphenyl)chroman−4−one)であると同定した。
Figure 2004078988
化合物2の2−(2,3−ジヒドロキシフェニル)クロマン−4−オンは、改変芳香環ジオキシゲナーゼbphA1(2072)遺伝子のみを有するプラスミドpKF2072を含む大腸菌でも例外的に生成することが分かっている(特開2003−269)。その理由としては、大腸菌内に内在的な芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼが存在していたためと思われる。しかしながら、この場合、他の生成産物として2−(3−ヒドロキシフェニル)クロマン−4−オン[2−(3−hydroxyphenyl)chroman−4−one]及び2−(2−ヒドロキシフェニル)クロマン−4−オン[2−(2−hydroxyphenyl)chroman−4−one]が同時に生成し、目的とするジオール体の収率が悪くなり、また精製が煩雑になる。芳香環ジオキシゲナーゼ+デサチュラーゼ反応によりジオール体の2−(2,3−ジヒドロキシフェニル)クロマン−4−オン[2−(2,3−dihydroxyphenyl)chroman−4−one]が効率的に製造できるという報告はこれが最初である。従って、本発明による方法は化合物2の製造方法としても有効である。
[実施例5−3]6−ヒドロキシフラボンの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)により6−ヒドロキシフラボン(6−hydroxyflavone)の変換実験を行って得られた粗抽出物(310mg)をTLCに供したところ、Rf値0.3の産物が1つのみ生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物3(31.5mg)の純品を得た。化合物3の分子式は、HR−EIMS[実測値270.0522,計算値270.0528]よりC1510と決定された。化合物3のHMQC及びDQF COSYスペクトル分析により、化合物3は6−ヒドロキシフラボンの1’及び2’位に2つのフェノール性水酸基が導入された物質であると決定された。これはHMBCスペクトルにおいて、H−4’(δ7.30),からC−2(δ160.9),C−2’(δ145.5)へ、H−5’(δ6.78)からC−1’(δ146.0),C−3’(δ118.4)へ観測された遠隔スピン結合によっても確認された。以上の結果より、化合物3は2−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−6−ヒドロキシクロメン−4−オン[2−(2,3−dihydroxyphenyl)−6−hydroxychromen−4−one]と同定した。
Figure 2004078988
(図中の数字は、H NMR及び13C NMRのスペクトルデータにおけるポジションの数字と対応している。以後、同様)
化合物3の2−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−6−ヒドロキシクロメン−4−オン[2−(2,3−dihydroxyphenyl)−6−hydroxychromen−4−one]はCASに構造登録のある既知物質である。しかしながら、化合物3を芳香環ジオキシゲナーゼ+デサチュラーゼ反応により製造できるという報告はこれが最初である。従って、化合物3の製造方法として本発明による方法は有効である。
Figure 2004078988
[実施例5−4]6−ヒドロキシフラバノンの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)により6−ヒドロキシフラバノン(6−hydroxyflavanone)の変換実験を行って得られた粗抽出物(129mg)をTLCに供したところ、Rf値0.2の産物が1つのみ生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物4(64.2mg)の純品を得た。化合物4の分子式は、HR−EIMS[実測値272.06838,計算値272.06846]よりC 12と決定された。化合物4のHMQC及びDQF COSYスペクトル分析により、化合物4は6−ヒドロキシフラバノンの1’、2’位に2つのフェノール性水酸基が導入された物質であると決定された。これはHMBCスペクトルにおいて、H−4’(δ6.91)からC−2(d74.4),C−2’(δ142.4)へ、H−5’(δ6.68)からC−1’(δ145.2),C−3’(δ126.1)へ観測された遠隔スピン結合によっても確認された。以上の結果より、化合物4は2−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−6−ヒドロキシクロマン−4−オン[2−(2,3−dihydroxyphenyl)−6−hydroxychroman−4−one]と同定した。これは新規の化合物であった。
Figure 2004078988
そのNMRのデータを下表に示す。
Figure 2004078988
Figure 2004078988
[実施例5−5]7−ヒドロキシイソフラボンの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pKF2072)により7−ヒドロキシイソフラボン(7−hydroxyisoflavone)の変換実験を行って得られた粗抽出物(174mg)をTLCに供したところ、Rf値0.15の産物が1つのみ生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物5(56.4mg)の純品を得た。化合物5の分子式は、HR−EIMS[実測値270.0522,計算値270.0528]よりC1510と決定された。化合物5のHMQC及びDQF COSYスペクトル分析により、化合物5は7−hydroxyisoflavoneの1’、2’位に2つのフェノール性水酸基が導入された物質であることが決定された。これはHMBCスペクトルにおいて、H−6’(δ6.79)からC−2’(δ143.8),C−1’(δ145.6)へ、H−5’(δ6.66)からC−1’,C−3’(δ120.1)へ遠隔スピン結合が観測されることからも確認された。以上の結果より、化合物5は3−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−7−ヒドロキシクロメン−4−オン[3−(2,3−dihydroxyphenyl)−7−hydroxychromen−4−one]と同定した。これは新規の化合物であった。
Figure 2004078988
そのNMRのデータを下表に示す。
Figure 2004078988
[実施例5−6]2−フェニルピリジンの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)により2−フェニルピリジン(2−phenylpyridine)の変換実験を行って得られた粗抽出物(130mg)をTLCに供したところ、Rf値0.2の産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物6(26.0mg)の純品を得た。化合物6の分子式は、HR−EIMS[実測値187.0614,計算値187.0633]よりC11NOと決定された。化合物6のHMQC及びDQF COSYスペクトル分析により、化合物6は2−フェニルピリジンの1’、2’位に2つのフェノール性水酸基が導入された物質であることが決定された。これはHMBCスペクトルにおいて、H−4’(δ7.27)からC−2(δ157.6),C−2’(δ147.4)へ、H−5’(δ6.75)からC−1’(δ146.0),C−3’(δ118.1)へ観測された遠隔スピン結合によっても確認された。以上の結果より、化合物6は3−(2−ピリジル)ベンゼン−1,2−ジオール[3−(2−pyridyl)benzene−1,2−diol]と同定した。これは新規の化合物であった。
Figure 2004078988
そのNMRのデータを下表に示す。
Figure 2004078988
[実施例5−7]2−フェニルインドールの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)により2−フェニルインドール(2−phenylindole)の変換実験を行って得られた粗抽出物(191mg)をTLCに供したところ、Rf値0.2及びRf値0.3の産物が生成していることが判明した。両産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物7’(6.8mg)及び化合物7(9.0mg)の純品を得た。
化合物7’は以前に報告されたMSとNMRのスペクトルデータとの比較[Ozaki,Yutaka:Okamura,Kyouko;Hosoya,Ayako;Kim,sang−Won.A new approach to 5−hydroxyindoles from 1,4−cyclohexadione.Chemistry Letters(1997),(7),679−680]により、2−フェニルインドール−5−オール(2−phenylindol−5−ol)であると同定した。
化合物7の分子式は、HR−EIMS[実測値225.0786,計算値225.0790]よりC14 NOと決定された。化合物7のHMQC及びDQF COSYスペクトル分析により、化合物7は2−フェニルインドールの1’、2’位に2つのフェノール性水酸基が導入された物質であると決定された。これはHMBCスペクトルにおいて、H−4’(δ7.25),からC−2(δ134.9),C−2’(δ141.0)へ、H−5’(δ6.80)からC−1’(δ143.4),C−3’(δ119.1)へ観測された遠隔スピン結合によっても確認された。以上の結果より、化合物7は3−インドール−2−イルベンゼン−1,2−ジオール(3−indol−2−ylbenzene−1,2−diol)と同定した。
Figure 2004078988
化合物7(3−インドール−2−イルベンゼン−1,2−ジオール)はCASに構造登録のある既知物質である。しかしながら、化合物7を芳香環ジオキシゲナーゼ+デサチュラーゼ反応により製造できるという報告はこれが最初である。従って、化合物7の製造方法として本発明による方法は有効である。化合物7のNMRデータを以下に記す。
Figure 2004078988
Figure 2004078988
[実施例5−8]2−フェニルベンゾキサゾールの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)により2−フェニルベンゾオキサゾール(2−phenylbenzoxazole)の変換実験を行って得られた粗抽出物(155mg)をTLCに供したところ、Rf値0.3の産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物8(76.8mg)の純品を得た。化合物8は以前に報告されたMSとNMRのスペクトルデータとの比較[Orlando,Charles M.,Jr.;Wirth,J.G.;Heath,D.R.Methyl aryl ether cleavage in benzazole syntheses in polyphosphoric acid.J.Org.Chem.(1970),35(9),3147−3149]により、3−ベンゾキサゾール−2−イルベンゼン−1,2−ジオール(3−benzoxazol−2−ylbenzene−1,2−diol)であると同定した。
Figure 2004078988
化合物8(3−ベンゾキサゾール−2−イルベンゼン−1,2−ジオール)は新規化合物ではないが、芳香環ジオキシゲナーゼ+デサチュラーゼ反応により製造できるという報告はこれが最初である。従って、化合物8の製造方法として本発明による方法は有効である。
[実施例5−9]2−フェニルベンゾチアゾールの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)により2−フェニルベンゾチアゾール(2−phenylbezothiazole)の変換実験を行って得られた粗抽出物(165mg)をTLCに供したところ、Rf値0.2の産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物9(73.5mg)の純品を得た。
化合物9は以前に報告されたMSとNMRのスペクトルデータとの比較[Anthony,Kevin;Brown,Robert G.;Hepworth,John D.;Hodgson,Kevin W.;May Bernadette;West,Michael A.Solid−state fluorescent photophysics of some 2−substituted benzothiazoles.J.Chem.Soc.Perkin Trans.2(1984),(12),2111−2117]により、3−ベンゾチアゾール−2−イルベンゼン−1,2−ジオール(3−benzothiazol−2−ylbenzene−1,2−diol)であると同定した。
Figure 2004078988
化合物9(3−ベンゾチアゾール−2−イルベンゼン−1,2−ジオール)は新規化合物ではないが、芳香環ジオキシゲナーゼ+デサチュラーゼ反応により製造できるという報告はこれが最初である。従って、化合物9の製造方法として本発明による方法は有効である。
[実施例5−10]2−フェニルキノリンの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)により2−フェニルキノリン(2−phenylquinoline)の変換実験を行って得られた粗抽出物(210mg)をTLCに供したところ、Rf値0.3の産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物10(31.3mg)の純品を得た。化合物10の分子式は、HR−EIMS[実測値237.0780,計算値230.0790]よりC1511NOと決定された。化合物10のHMQC及びDQF COSYスペクトル分析により、化合物10は2−フェニルキノリンの1’、2’位に2つのフェノール性水酸基が導入された物質であることが決定された。これはHMBCスペクトルにおいて、H−4’(δ7.64)からC−2(δ158.2),C−2’(δ149.1)へ、H−5’(δ6.78)からC−1’(δ146.6),C−3’(δ118.7)へ観測された遠隔スピン結合によっても確認された。以上の結果より、化合物10は3−(2−キノリル)ベンゼン−1,2−ジオール(3−(2−quinolyl)benzene−1,2−diol)と同定した。これは新規の化合物であった。
Figure 2004078988
そのNMRのデータを下表に示す。
Figure 2004078988
[実施例5−11]1−フェニルモルホリンの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)により2−フェニルモルホリン(1−phenylmorphorine)の変換実験を行って得られた粗抽出物(86.5mg)をTLCに供したところ、Rf値0.2の産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物11(30.0mg)の純品を得た。
化合物11は以前に報告されたMSとNMRのスペクトルデータとの比較[Asler,Manfred;Schank,Kurt;Schmidt,Volker.Introduction of oxygen functional groups into the α−position of β−diketone.2.Defunctionalization of 2−(acyloxy)−3−(secondaryamino)−2−cyclohexen−1−ones.Chem.Ber.(1979),112(6),2324−2331]により、3−モルホリン−4−イルベンゼン−1,2−ジオール(3−morpholin−4−ylbenzene−1,2−diol)であると同定した。
Figure 2004078988
化合物11(3−モルホリン−4−イルベンゼン−1,2−ジオール)は新規化合物ではないが、芳香環ジオキシゲナーゼ+デサチュラーゼ反応により製造できるという報告はこれが最初である。従って、化合物11の製造方法としても本発明による方法は有効である。
[実施例5−12]1−ベンジルイミダゾールの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)により1−ベンジルイミダゾール(1−benzylimidazole)の変換実験を行って得られた粗抽出物(140mg)をTLCに供したところ、Rf値0.3の産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物12(67.7mg)の純品を得た。化合物12の分子式は、HR−EIMS[実測値190.07483,計算値190.07421]よりC1010と決定された。化合物12のHMQC及びDQF COSYスペクトル分析により、化合物12は1−ベンジルイミダゾールの3’、4’位に2つのフェノール性水酸基が導入された物質であることが決定された。これはHMBCスペクトルにおいて、H−7’(δ6.47)からC−1’(δ45.0),C−3’(δ143.4)へ、H−6’(δ6.57)からC−4’(δ145.2),C−2’(δ124.6)へ観測された遠隔スピン結合によっても確認された。以上の結果より、化合物12は3’,4’−ジヒドロキシ−1−ベンジルイミダゾール[3’,4’−dihydroxy−1−benzylimidazole]と同定した。これは新規の化合物であった。
Figure 2004078988
そのNMRのデータを下表に示す。
Figure 2004078988
[実施例5−13]2−ベンジルピリジンの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)により2−ベンジルピリジン(2−benzylpyridine)の変換実験を行って得られた粗抽出物(109mg)をTLCに供したところ、Rf値0.4の産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物13(20.0mg)の純品を得た。化合物13の分子式は、HR−EIMS[実測値201.07636,計算値201.07896]よりC1211NOと決定された。化合物13のHMQC及びDQF COSYスペクトル分析により、化合物13は2−ベンジルピリジンの3’,4’位に2つのフェノール性水酸基が導入された物質であることが決定された。これはHMBCスペクトルにおいて、H−1’(δ4.00)からC−2’(δ143.4),C−4’(δ120.9),C−3’(δ126.6)へ、H−6’(δ6.54)からC−1’(δ145.6)へ観測された遠隔スピン結合によっても確認された。以上の結果より、化合物13は3−(2−ピリジルメチル)ベンゼン−1,2−ジオール[3−(2−pyridylmethyl)benzene−1,2−diol]と同定した。これは新規の化合物であった。
Figure 2004078988
そのNMRのデータを下表に示す。
Figure 2004078988
[実施例5−14]1−ベンジルピペリドンの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)により1−ベンジルピペリドン(1−benzylpiperidone)の変換実験を行って得られた粗抽出物(104mg)をTLCに供したところ、Rf値0.2の産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物14(22.5mg)の純品を得た。化合物14の分子式は、HR−EIMS[実測値221.1055,計算値221.1053]よりC1215NOと決定された。化合物14のHMQC及びDQF COSYスペクトル分析により、化合物14は1−ベンジルピペリドンの3’,4’位に2つのフェノール性水酸基が導入された物質であることが決定された。これはHMBCスペクトルにおいて、H−7’(δ6.47)からC−1’(δ60.3),C−3’(δ144.2)へ、H−6’(δ6.65)からC−4’(δ144.7),C−2’(δ120.8)へ観測された遠隔スピン結合によっても確認された。以上の結果より、化合物14は1−[(2,3−ジヒドロキシフェニル)メチル]ピペリジン−4−オン[1−[(2,3−dihydroxyphenyl)methyl]piperidin−4−one]と同定した。これは新規の化合物であった。
Figure 2004078988
そのNMRのデータを下表に示す。
Figure 2004078988
Figure 2004078988
[実施例5−15]trans−カルコンの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)によりトランスカルコン[(trans−)chalcone]の変換実験を行って得られた粗抽出物(187mg)をTLCに供したところ、Rf値0.7及びRf値0.2の2つの産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物15’(16.4mg)及び化合物15(58.5mg)の純品を得た。
化合物15’は以前に報告されたMSとNMRのスペクトルデータとの比較[Weber,F.G.;Radeglia,R.Substituent effects in carbon−13 NMR spectra of diastereomeric chalcone dihalides.VIII.Investigations of α− and β−halodihydrochalcones and calculation of carbon−13−chemical shifts of diastereomeric chalcone dihalides and chalcon halohydrins.Journal fuer Praktische Chemie(Leipzig)(1989),331(2),212−222]により、1,3−ジフェニルプロパン−1−オン(1,3−diphenylpropan−1−one)であると同定した。
化合物15の分子式は、HR−EIMS[実測値242.09436,計算値242.09432]よりC1514と決定された。化合物15のHMQC及びDQF COSYスペクトル分析により、化合物15は(trans−)カルコンのΔ1,2の二重結合が還元され、かつ1’、2’位に2つのフェノール性水酸基が導入された物質であると決定された。これはHMBCスペクトルにおいて、H−1(δ2.85)からC−3(δ199.6),C−3’(δ128.0),C−2’(δ143.1),C−4’(δ120.2)へ観測された遠隔スピン結合によっても確認された。以上の結果より、化合物15は3−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−1−フェニルプロパン−1−オン[3−(2,3−dihydroxyphenyl)−1−phenylpropan−1−one]と同定した。これは新規の化合物であった。
Figure 2004078988
そのNMRのデータを下表に示す。
Figure 2004078988
[実施例5−16]3−フェニルインダノンの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)により3フェニルインダノン(3−phenylindanone)の変換実験を行って得られた粗抽出物(148mg)をTLCに供したところ、Rf値0.3の産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物16(70.3mg)の純品を得た。化合物16の分子式は、HR−EIMS[実測値240.07865,計算値240.07863]よりC1512と決定された。化合物8のHMQC及びDQF COSYスペクトル分析により、化合物16は3−フェニルインダノンの1’、2’位に2つのフェノール性水酸基が導入された物質であることが決定された。これはHMBCスペクトルにおいて、H−3(δ4.80),H−4’(δ6.34)からC−2’(δ143.2)へ、H−5’(δ6.52)からC−1’(δ145.2)、C−3’(δ130.1)へ観測された遠隔スピン結合によっても確認された。以上の結果より、化合物16は3−(2,3−ジヒドロキシフェニル)インダン−1−オン[3−(2,3−dihydroxyphenyl)indan−1−one]と同定した。これは新規の化合物であった。
Figure 2004078988
そのNMRのデータを下表に示す。
Figure 2004078988
[実施例5−17]2’−ヒドロキシ−2−フェニルベンゾキサゾールの変換産物の同定
実施例5にしたがって大腸菌(pBS2072B)により2’−ヒドロキシ−2−フェニルベンゾオキサゾール(2’−hydroxy−2−phenylbenzoxazole)の変換実験を行って得られた粗抽出物(185mg)をTLCに供したところ、Rf値0.25の産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物17(19.5mg)の純品を得た。化合物17の分子式は、HR−EIMS[実測値243.05311,計算値243.05317]よりC13NOと決定された。化合物17のHMQC及びDQF COSYスペクトル分析により、化合物17は2’−ヒドロキシ−2−フェニルベンゾオキサゾールの4,5位に2つのフェノール性水酸基が導入された物質であることが推定された。これはHMBCスペクトルにおいて、H−6(δ6.88)からC−4(δ135.8.),C−7a(δ143.2)へ、H−7(δ7.06)からC−3a(δ129.2),C−5(δ142.2)へ観測された遠隔スピン結合によっても確認された。以上の結果より、化合物17は2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾール−4,5−ジオール(2−(2−hydroxyphenyl)benzoxazole−4,5−diol)と同定した。これは新規の化合物であった。
Figure 2004078988
そのNMRのデータを下表に示す。
Figure 2004078988
Figure 2004078988
[実施例6]抗酸化活性評価試験
6−1.ラット脳脂質過酸化抑制系(脳ホモ)
アッセイは基本的にKuboらの方法に準拠して行った(Kubo,K.,Yoshitake,Y.,Kumada,K.,Shuto K.,Nakamizo,N.Radical scavenging action of flunarizine in rat brain in vitro.Arch.Int.Pharmacodyn.Ther.272,283−295,1984)。100mMリン酸緩衝液(pH7.4)0.6ml中に、被検試料のメタノール溶液0.05ml、1mMアスコルビン酸0.1ml(終濃度100μM)、及びHO 0.05mlを添加し、37℃で5分間のプレインキュベーションを行った後、2.5%(w/v)ラット脳ホモジネートを0.2ml添加することで反応を開始させ、37℃で1時間、振盪しながらインキュベートを行った。20%(w/v)トリクロロ酢酸、0.5%(w/v)2−チオバルビツール酸、及び0.2N塩酸を含む混合液1mlを上記反応液に添加することで反応を停止した。これを100℃で30分間煮沸処理して発色させ、冷却後、3000rpmで5分間遠心分離した。遠心分離上清の532nmでの吸光度(A532)を測定した。被検試料添加群のA532が、被検試料無添加群のA532と比べ半分低下するのに必要な被検試料濃度をIC50として算出し、これをラット脳脂質過酸化抑制作用とした。ポジティブコントロールとしたカテキンのIC50は5.4μg/mlであった。
6−2.DPPHラジカル消去系(DPPH)
アッセイは基本的Kuboらの方法に準拠して行った(Kubo,K.,Yoshitake,Y.,Kumada,K.,Shuto K.,Nakamizo,N.Radical scavenging action of flunarizine in rat brain in vitro.Arch.Int.Pharmacodyn.Ther.272,283−295,1984)。100μMのDPPHのエタノール溶液に各種濃度の薬物を添加し、室温で30分インキュベートした後、反応液の517nmにおける吸光度(A517)を測定した。被検試料添加群のA517が、被検試料無添加群のA517と比べ半分低下するのに必要な被検試料濃度をIC50として算出し、これをDPPHラジカル消去作用とした。ポジティブコントロールとしたカテキンのIC50は26μg/mlであった。
両評価系試験の結果を以下に示す。
Figure 2004078988
この結果から明らかなように、本発明により作製した芳香環ジオールはすべて優位な抗酸化活性を有していた。
[実施例7]芳香族第一級アミンへのBOC保護基の導入
芳香族第一級アミンのアミノ基へのBOC保護基(−COOC(CH)の導入は、常法、たとえば、以下のような方法により行うことができる。芳香族第一級アミン500mgを50%のジオキサン4mlに溶解し、これに2N NaOHを1.5当量、(t−BOC)O(di−tert−butyl dicarbonate)を1.5当量加え、室温で6時間反応させた。反応終了後、水50mlを加え、これを酢酸エチル50mlで2回抽出した。酢酸エチル層はその後、0.1N HCl 50mlで1回洗浄したのち、濃縮した。これをシリカゲルカラム(直径1cm x 長さ15cm)で精製することによりアミノ基のBOC(−BOC)保護物を得た。
以下にここで用いた芳香族第一級アミンと、得られるBOC誘導体についてのそれぞれのシリカゲルカラムでの展開溶媒、及び、収率を示す。試薬はSigmaから購入した。
1)アニリン(aniline)
シリカゲルカラムは、ヘキサン:CHCl=10:1で展開・溶出した。収率は85%であった。
2)ベンジルアミン(benzylamine)
シリカゲルカラムは、ヘキサン:EtOAc=50:1で展開・溶出した。収率は78%であった。
3)1−フェニルエチルアミン(1−phenylethylamine;α−メチルベンジルアミン)
シリカゲルカラムは、ヘキサン:CHCl=2:1で展開・溶出した。収率は75%であった。
[実施例8]BOC誘導体存在下での大腸菌(pBS2072B)の培養及び変換産物の精製・同定
大腸菌(pBS2072B)と、実施例7で作製したBOC誘導体の混合培養液700ml〜1400mlに等量のメタノールを添加し、室温で2時間撹拌した。これを7,000rpm,10min遠心分離し、上清を回収した。上清は減圧下300ml〜500mlまで濃縮し、等量の酢酸エチルで2回抽出した。酢酸エチル層を減圧下濃縮し生成物含有エキスを得た。エキスをシリカゲル[0.25nm Silica Gel 60,(Merck)]を用いた薄層クロマトグラフィー(TLC)にかけ、変換産物の確認を行った後、シリカゲルカラム[20 x 250mm,Silica Gel 60(Merck)]を用いたカラムクロマトグラフィーに供し、純品を得た。
各基質におけるTLCの展開溶媒は以下の通りである。
−BOC−アニリン,ヘキサン−EtOAc(5:1);−BOC−ベンジルアミン,CHCl−MeOH(10:1);−BOC−1−フェニルエチルアミン,CHCl−EtOAc(3:1)。
また、各基質におけるカラムクロマトグラフィフィーの展開溶媒は以下の通りである。
−BOC−アニリン,ヘキサン−EtOAc(4:1);−BOC−ベンジルアミン,CHCl−MeOH(20:1);−BOC−1−フェニルエチルアミン,CHCl〜CHCl/EtOAc(5:1)(stepwise)。
8−1.BOC−アニリンの変換産物の同定
大腸菌(pBS2072B)によりBOC−アニリン(−BOC−aniline)の変換実験を行った粗抽出物(132.5mg)をTLCに供したところ、Rf値0.2の産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物18(64.2mg)の純品を得た。化合物18の分子式は、HR−EIMS[実測値225.1002,計算値225.1002]よりC1115NOと決定された。化合物18のHMQC及びDQF COSYスペクトルにおいてH−4(δ6.68)−H−5(δ6.66)−H−6(δ6.33)のvicinalsp spin networkが観測されたことにより、化合物18を−BOC−anilineの1,2位に2つのフェノール性水酸基が導入されたN−(2,3−ジヒドロキシフェニル)(tert−ブトキシ)カルボキサマイド(N−(2,3−dihydroxyphenyl)(tert−butoxy)caroboxamide)と同定した。
Figure 2004078988
これは新規の化合物であった。そのNMRのデータを下表に示す。
Figure 2004078988
Figure 2004078988
化合物18は、トリフルオロ酢酸0.2ml、ジクロロメタン1.8mlを含む溶媒中で、室温で3時間、撹拌した後、エバポレータにかけることにより、BOC基が外れたフリーのアミノ基を有する芳香族ジオール(下図)に変換された。
Figure 2004078988
8−2.BOC−ベンジルアミンの変換産物の同定
大腸菌(pBS2072B)によりBOC−ベンジルアミン(−BOC−benzylamine)の変換実験を行った粗抽出物(131.0mg)をTLCに供したところ、Rf値0.2の産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物19(43.0mg)の純品を得た。化合物19の分子式は、HR−EIMS[found 239.1155,cald.239.1158]よりC1217NOと決定された。化合物19のHMQC及びDQF COSYスペクトルにおいてH−5(δ6.81)−H−6(δ6.67)−H−7(δ6.52)のvicinalsp spin networkが観測されたことにより、化合物19をtBOC−ベンジルアミンの3,4位に2つのフェノール性水酸基が導入されたN−[(2,3−ジヒドロキシフェニル)メチル](tert−ブトキシ)カルボキサマイド(N−[(2,3−dihydoxyphenyl)methyl](tert−butoxy)carboxamide)と同定した。
Figure 2004078988
これは新規の化合物であった。そのNMRのデータを下表に示す。
Figure 2004078988
化合物19は、トリフルオロ酢酸0.2ml、ジクロロメタン1.8mlを含む溶媒中で、室温で3時間、撹拌した後、エバポレータにかけることにより、BOC基が外れたフリーのアミノ基を有する芳香族ジオール(下図)に変換された。
Figure 2004078988
8−3.BOC−フェニルエチルアミンの変換産物の同定
大腸菌(pBS2072B)によりBOC−1−フェニルエチルアミン(−BOC−1−phenylethylamine)の変換実験を行った粗抽出物(183.0mg)をTLCに供したところ、Rf値0.4の産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、化合物20(5.7mg)の純品を得た。化合物20の分子式は、HR−EIMS[found 253.1312,cald.253.1315]よりC1319NOと決定された。化合物20のHMQC及びDQF COSYスペクトルにおいてH−6(δ6.79)−H−7(δ6.75)−H−8(δ6.66)のvicinalsp spin networkが観測されたことにより、化合物20を−BOC−フェニルエチルアミンの4,5位に2つのフェノール性水酸基が導入されたN−[(2,3−ジヒドロキシフェニル)エチル](tert−ブトキシ)カルボキサマイド(N−[(2,3−dihydoxyphenyl)ethyl](tert−butoxy)carboxamide)と同定した。
Figure 2004078988
これは新規の化合物であった。そのNMRのデータを下表に示す。
Figure 2004078988
Figure 2004078988
化合物20は、トリフルオロ酢酸0.2ml、ジクロロメタン1.8mlを含む溶媒中で、室温で3時間、撹拌した後、エバポレータにかけることにより、BOC基が外れたフリーのアミノ基を有する芳香族ジオール(下図)に変換された。この化合物は3−(1−アミノエチル)ベンゼン−1,2−ジオールであり、新規の化合物である。
Figure 2004078988
[実施例9]芳香族カルボン酸化合物のメチルエステル体の調製
芳香族カルボン酸化合物のカルボン酸のメチルエステル化は常法、たとえば、以下のような方法により行うことができる。芳香族カルボン酸500mgを5mlの5%HCl−MeOH(塩酸メタノール)溶液に溶解し、室温で6時間反応させた。その後減圧下でHCl−MeOH溶液を留去し、残った反応物をシリカゲルカラム(直径1cm x 長さ15cm)で精製することにより、カルボン酸のメチルエステルを得た。
今回用いたケイヒ酸(trans−cinnamic acid)のメチルエステル化物のシリカゲルカラムでの展開溶媒は hexane:CHCl=3:1、収率は92%であった。試薬はAldrichから購入した。
[実施例10]ケイヒ酸メチルエステル変換物の同定
大腸菌(pBS2072B)を用いてケイヒ酸メチルエステル(trans−cinnamic acid methyl ester)の変換実験を行った粗抽出物(130mg)をTLC(CHCl:MeOH=40:1)に供したところ、Rf値0.3の産物が生成していることが判明した。本産物をシリカゲルクロマトグラフィー(CHCl:MeOH=40:1)により精製し、化合物24(86.0mg)の純品を得た。化合物24の分子式は、HR−EIMS[found 194.0581,calcd.194.0579]により、C1010と決定された。化合物24のDQF COSYスペクトルにおいて、H−2(δ6.55)−H−3(δ7.90)及びH−7(δ6.83)−H−8(δ6.65)−H−9(δ7.05)のvicinalsp カップリングが観測されることから、化合物24をケイヒ酸メチルエステルの5,6位に2つのフェノール性水酸基が導入された()−3−(2,3−ジヒドロキシ−フェニル)−アクリリックアシッドメチルエステル(()−3−(2,3−dihydroxy−phenyl)−acrylic acid methyl ester)と同定した。本化合物は文献記載のある化合物であるが(Nam,N.−H.;You,Y.−J.;Kim,Y.,Hong,D.−H.;Kim,H.−M.;Ahn.B.Z.,Syntheses of Certain 3−Aryl−2−propenoates and Evaluation of their Cytotoxicity,Bioorganic & Medicinal Chemistry,11(9),1173−1176,2001)、微生物変換による製造は初めての報告である。
Figure 2004078988
参考のため、ケイヒ酸メチルエステルのNMRデータを下記に記す。
Figure 2004078988
この芳香族カルボン酸メチルエステル体24は、塩酸−炭酸カリウム水溶液(80:20)で6時間撹拌処理することにより、下図の遊離の芳香族カルボン酸に戻すことができる。この芳香族カルボン酸は、反応液に5倍量位の水を加え塩酸でpH3−4にした後、酢酸エチルで分液することにより容易に回収することができる。
Figure 2004078988
本明細書で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願をそのまま参考として本明細書中にとり入れるものとする。
産業上の利用の可能性
フェニル基を含む化合物と、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼとを反応させることにより、又は、フェニル基を含む化合物と、芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ遺伝子を同時に発現する微生物とを共存培養することにより、フェニル基を含む化合物のフェニル基内の隣合った位置に2つの水酸基を導入した化合物を容易に得ることができる。
【配列表】
Figure 2004078988
Figure 2004078988
Figure 2004078988
Figure 2004078988

Claims (34)

  1. 下記式(I)、(II)又は(III):
    Figure 2004078988
    (式中、H1は置換基を有していてもよい複素環式基であり、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、P2は置換基を有していてもよいフェニル基であり、A2は置換基を有していてもよい炭素数2〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、C1はヘテロ原子置換環式炭化水素基である。ただし、C1における環式炭化水素基はフェニル基を含まない。)
    で表されるフェニル基を含む芳香族化合物と、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼとを反応させて、芳香族ジオール化合物(I’)、(II’)又は(III’):
    Figure 2004078988
    (式中、H1、A1、P2、A2及びC1は前記定義のとおりである。)
    を得ることを含む芳香族ジオールの製造方法。
  2. 芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼがビフェニル分解細菌由来のもの、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものである請求の範囲第1項記載の製造方法。
  3. 芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼをコードする遺伝子を導入した組換え微生物を、下記式(I)、(II)又は(III):
    Figure 2004078988
    (式中、H1は置換基を有していてもよい複素環式基であり、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、P2は置換基を有していてもよいフェニル基であり、A2は置換基を有していてもよい炭素数2〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、C1はヘテロ原子置換環式炭化水素基である。ただし、C1における環式炭化水素基はフェニル基を含まない。)
    で表されるフェニル基を含む芳香族化合物を含む培地で培養して、培養物又は菌体から、芳香族ジオール化合物(I’)、(II’)又は(III’):
    Figure 2004078988
    (式中、H1、A1、P2、A2及びC1は前記定義のとおりである。)
    を得ることを含む芳香族ジオールの製造方法。
  4. 組換え微生物が、ビフェニル分解細菌由来の芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものをコードする遺伝子を導入したものである請求の範囲第3項記載の製造方法。
  5. 組換え微生物が組換え大腸菌である請求の範囲第3項記載の製造方法。
  6. 下記式(IV):
    Figure 2004078988
    (式中、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、P3は置換基を有するフェニル基であり、H2は非置換複素環芳香族基である。)
    で表される複素環芳香族基を含む芳香族化合物と、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼとを反応させ、複素環芳香族基H2内の隣合った位置に2つの水酸基が導入された芳香族化合物を得ることを含む複素環芳香族ジオールの製造方法。
  7. 芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼがビフェニル分解細菌由来のもの、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものである請求の範囲第6項記載の製造方法。
  8. 芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼをコードする遺伝子を導入した組換え微生物を、下記式(IV):
    Figure 2004078988
    (式中、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基であり、P3は置換基を有するフェニル基であり、H2は非置換複素環芳香族基である。)
    で表される複素環芳香族基を含む芳香族化合物を含む培地で培養して、培養物又は菌体から、複素環芳香族基H2内の隣合った位置に2つの水酸基が導入された芳香族化合物を得ることを含む複素環芳香族ジオールの製造方法。
  9. 組換え微生物が、ビフェニル分解細菌由来の芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものをコードする遺伝子を導入したものである請求の範囲第8項記載の製造方法。
  10. 組換え微生物が組換え大腸菌である請求の範囲第8項記載の製造方法。
  11. 式(I)、(II)又は(III)で表されるフェニル基を含む芳香族化合物が、フラボン、フラバノン、6−ヒドロキシフラボン、6−ヒドロキシフラバノン、7−ヒドロキシイソフラボン、2−フェニルピリジン、2−フェニルインドール、2−フェニルベンゾキサゾール、2−フェニルベンゾチアゾール、2−フェニルキノリン、4−フェニルモルホリン、1−ベンジルイミダゾール、2−ベンジルピリジン、1−ベンジルピペリドン、(トランス−)カルコン及び3−フェニルインダノンからなる群より選択されるものである請求の範囲第1項記載の製造方法。
  12. 式(I)、(II)又は(III)で表されるフェニル基を含む芳香族化合物が、フラボン、フラバノン、6−ヒドロキシフラボン、6−ヒドロキシフラバノン、7−ヒドロキシイソフラボン、2−フェニルピリジン、2−フェニルインドール、2−フェニルベンゾキサゾール、2−フェニルベンゾチアゾール、2−フェニルキノリン、4−フェニルモルホリン、1−ベンジルイミダゾール、2−ベンジルピリジン、1−ベンジルピペリドン、(トランス−)カルコン及び3−フェニルインダノンからなる群より選択されるものである請求の範囲第3項記載の製造方法。
  13. 式(IV)で表される複素環芳香族基を含む芳香族化合物が、2’−ヒドロキシ−2−フェニルベンゾキサゾールであり、得られる複素環芳香族ジオールが2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾキサゾール−4,5−ジオールである請求の範囲第6項記載の製造方法。
  14. 式(IV)で表される複素環芳香族基を含む芳香族化合物が、2’−ヒドロキシ−2−フェニルベンゾキサゾールであり、得られる複素環芳香族ジオールが2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾキサゾール−4,5−ジオールである請求の範囲第8項記載の製造方法。
  15. 請求の範囲第1項記載の製造方法により得られる芳香族ジオールを含む抗酸化剤。
  16. 請求の範囲第3項記載の製造方法により得られる芳香族ジオールを含む抗酸化剤。
  17. 請求の範囲第6項記載の製造方法により得られる芳香族ジオールを含む抗酸化剤。
  18. 請求の範囲第8項記載の製造方法により得られる芳香族ジオールを含む抗酸化剤。
  19. 2−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−6−ヒドロキシクロマン−4−オン、3−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−7−ヒドロキシクロメン−4−オン、3−(2−ピリジル)ベンゼン−1,2−ジオール、3−(2−キノリル)ベンゼン−1,2−ジオール、3−(イミダゾリルメチル)ベンゼン−1,2−ジオール、3−(2−ピリジルメチル)ベンゼン−1,2−ジオール、1−[(2,3−ジヒドロキシフェニル)メチル]ピペリジン−4−オン、3−(2,3−ジヒドロキシフェニル)−1−フェニルプロパン−1−オン、3−(2,3−ジヒドロキシフェニル)インダン−1−オン又は2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾール−4,5−ジオール、3−(1−アミノエチル)ベンゼン−1,2−ジオール。
  20. 請求の範囲第19項に記載のいずれかの化合物を含有する抗酸化剤。
  21. 下記式(V):
    Figure 2004078988
    (式中、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基である。)
    で表される芳香族化合物のアミノ基をBOC保護基で保護した後、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼと反応させて、芳香族ジオール化合物(V’):
    Figure 2004078988
    (式中、BOCはBOC保護基を表し、A1は前記定義のとおりである。)
    を得ることを含む芳香族ジオールの製造方法。
  22. 芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼがビフェニル分解細菌由来のもの、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものである請求の範囲第21項記載の製造方法。
  23. 芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼをコードする遺伝子を導入した組換え微生物を、下記式(V):
    Figure 2004078988
    (式中、A1は単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基である。)
    で表される芳香族化合物のアミノ基をBOC保護基で保護した化合物を含む培地で培養して、培養物又は菌体から、芳香族ジオール化合物(V’):
    Figure 2004078988
    (式中、BOCはBOC保護基を表し、A1は前記定義のとおりである。)
    を得ることを含む芳香族ジオールの製造方法。
  24. 組換え微生物が、ビフェニル分解細菌由来の芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものをコードする遺伝子を導入したものである請求の範囲第23項記載の製造方法。
  25. 組換え微生物が組換え大腸菌である請求の範囲第23項記載の製造方法。
  26. 式(V)で表される化合物が、アニリン、ベンジルアミン、1−フェニルエチルアミンである請求の範囲第21項記載の製造方法。
  27. 式(V)で表される化合物が、アニリン、ベンジルアミン、1−フェニルエチルアミンである請求の範囲第23項記載の製造方法。
  28. 下記式(VI):
    Figure 2004078988
    (式中、A3は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基である。)
    で表される芳香族化合物のカルボキシル基を炭素数1〜4のアルキル保護基Rで保護した後、芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼと反応させて、芳香族ジオール化合物(VI’):
    Figure 2004078988
    (式中、Rはアルキル保護基を表し、A3は前記定義のとおりである。)
    を得ることを含む芳香族ジオールの製造方法。
  29. 芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼがビフェニル分解細菌由来のもの、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものである請求の範囲第28項記載の製造方法。
  30. 芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼをコードする遺伝子を導入した組換え微生物を、下記式(VI):
    Figure 2004078988
    (式中、A3は置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基若しくはアルケニレン基である。)
    で表される芳香族化合物のカルボキシル基を炭素数1〜4のアルキル保護基Rで保護した化合物を含む培地で培養して、培養物又は菌体から、芳香族ジオール化合物(VI’):
    Figure 2004078988
    (式中、Rはアルキル保護基を表し、A3は前記定義のとおりである。)
    を得ることを含む芳香族ジオールの製造方法。
  31. 組換え微生物が、ビフェニル分解細菌由来の芳香環ジオキシゲナーゼ及び芳香環ジヒドロジオールデサチュラーゼ、又は、それらを分子進化工学的手法により改変したものをコードする遺伝子を導入したものである請求の範囲第30項記載の製造方法。
  32. 組換え微生物が組換え大腸菌である請求の範囲第30項記載の製造方法。
  33. 式(VI)で表される化合物が、ケイヒ酸である請求の範囲第28項記載の製造方法。
  34. 式(VI)で表される化合物が、ケイヒ酸である請求の範囲第30項記載の製造方法。
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