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【発明の名称】 糖鎖高分子の製造方法
【発明者】 【氏名】正田 晋一郎

【氏名】小林 厚志

【氏名】野口 真人

【氏名】村上 隆

【氏名】小山内 博紀

【要約】 【課題】従来までは確立していなかった、糖鎖高分子などの糖鎖含有化合物の簡便な製造方法の提供。

【解決手段】還元性を示す糖と塩基性官能基とによって生成しうるアマドリ化合物を糖受容体として、糖供与体およびアミラーゼ、セルラーゼ、キチナーゼ、サイクロデキストリングルカノトランスフェラーゼ、エンドN−グルコサミニダーゼから選択された糖転移反応触媒酵素存在下に糖転移反応を行い、糖鎖の導入された糖鎖含有有機化合物を製造する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
還元性を示す糖と塩基性官能基を有する有機化合物とを反応せしめてアマドリ化合物を形成せしめ、得られたアマドリ化合物を糖受容体として糖供与体及び酵素存在下に糖転移反応を行い、糖鎖の導入された有機化合物を製造することを特徴とする糖鎖含有有機化合物の製造方法。
【請求項2】
酵素が、糖転移反応触媒酵素であることを特徴とする請求項1記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
【請求項3】
酵素が、アミラーゼ、セルラーゼ、キチナーゼ、サイクロデキストリングルカノトランスフェラーゼ及びエンドN-グルコサミニダーゼからなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項1又は2記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
【請求項4】
塩を含有する水溶液中で反応を行い、糖鎖の導入された有機化合物を製造することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
【請求項5】
糖鎖の導入された有機化合物が、一般式(I):
【化1】


〔式中、Rは、分子量40〜1,500,000を有する有機化合物の残基であり、Aは、次の一般式(i), (ii)又は(iii):
【化2】


(上式中、R1は、還元性を示す糖の開環構造体の残基であり、R2〜R6は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、互いに独立に、水素原子、糖残基及び糖質残基から選択されたものである)
で示される基である〕
で示される糖鎖含有有機化合物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
【請求項6】
糖残基が、単糖類、二糖類、オリゴ糖類及び多糖類からなる群から選択されたものの残基であることを特徴とする請求項5記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
【請求項7】
単糖類が、グルコース、ガラクトース、マンノース、グルコサミン及びN-アセチルグルコサミンからなる群から選択されたもので、二糖類が、マルトース、イソマルトース、ラクトース、ラクトサミン、N-アセチルラクトサミン、セロビオース及びメリビオースからなる群から選択されたもので、オリゴ糖類が、マルトオリゴ糖、イソマルトオリゴ糖、ラクトオリゴ糖、ラクトサミンオリゴ糖、N-アセチルラクトサミンオリゴ糖、セロオリゴ糖及
びメリビオオリゴ糖からなる群から選択されたもので、多糖類が、N結合型糖鎖、O結合型糖鎖、グリコサミノグリカン、澱粉、セルロース及びキチンからなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項6記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
【請求項8】
分子量40〜1,500,000を有する有機化合物の残基が、非置換又は置換されていてもよい炭
化水素残基、タンパク質残基、核酸残基、多糖残基、脂質残基及び合成高分子残基からなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項5記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
【請求項9】
還元性を示す糖が、グルコース、ガラクトース、マンノース、グルコサミン、N-アセチルグルコサミン、マルトース、イソマルトース、ラクトース、ラクトサミン、N-アセチルラクトサミン、セロビオース及びメリビオースからなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
【請求項10】
塩基性官能基を有する有機化合物が、分子量40〜1,500,000を有する有機化合物であり、
非置換又は置換されていてもよい塩基性官能基を有する炭化水素、タンパク質、核酸、多糖、脂質及び合成高分子からなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
【請求項11】
塩基性官能基を有する炭化水素と還元性を示す糖から生成したアマドリ化合物あるいは請求項1〜10のいずれか一記載の製造方法で得られた糖鎖含有有機化合物を糖鎖プローブとして使用して得られたものであることを特徴とする糖鎖チップ。
【請求項12】
センサーチップ基板の表面が金原子で被覆され、当該表面がアルカンチオールで疎水性表面とされ、そこに塩基性官能基を有する炭化水素と還元性を示す糖から生成したアマドリ化合物あるいは当該アマドリ化合物を糖受容体として糖転移反応を行い糖鎖の導入されている糖鎖含有有機化合物を物理吸着せしめてあることを特徴とする請求項11記載の糖鎖チップ。

【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、特定の有用な親和性を有する物質や高分子物質に対し、無保護糖鎖を出発原料として糖鎖修飾する手法に関するものである。特に、本発明では、水溶性高分子化合物などの高分子物質に対し、塩を含む水溶液中で糖鎖修飾する技術に関し、これにより新規な糖鎖含有化合物をも提供することに関する。
【背景技術】
【0002】
近年の科学技術の進歩により糖鎖が生命現象を示す分子として明らかになり、糖鎖化合物の重要性が認識されてきた。そのため、糖鎖を付加した化合物、特に、高分子化合物は以下の用途に用いるのに有用である。例えば、細胞培養用基材、ドラックデリバリーシステムのキャリア、人工皮膚、低アレルゲン化タンパク質、タンパク質医薬などである。
しかしながら糖鎖高分子の調製は、高分子が関わる反応のために、通常の有機化学反応乃至酵素化学反応では目的とする化合物を調製するのは困難であった。とりわけ、高分子と糖鎖を結合させる反応は、分子量に対し反応する点が小さいため、著しく効率が悪い。
【0003】
(1)通常、この困難を克服するために、糖鎖特有の官能基が活用されている。例えば、
糖鎖には還元末端と呼ばれるアルデヒド基が存在するので、そのアルデヒド基を利用して、アルデヒド基がアミノ基と優先的に反応することを利用して、糖鎖と結合させる(非特
許文献1: Klein, J., et al., Glycoconj. J., 1995. 12(1): p. 51-54)というものである。アルデヒド基とアミノ基の反応によって生じるシッフ塩基は不安定であるため、還元アミノ化を用いてより安定な結合に変換させ、糖鎖高分子を生成せしめるというものである。しかし、上記シッフ塩基形成とその形成されたシッフ塩基の還元アミノ化の手法は、還元剤として生体に有害なシアン化合物(NaHBCN)を使うことから本反応の使用は好ましくは避けるべきである。
(2) 高分子に糖鎖を導入する場合に、ブロモ酢酸を用いる手法も知られている(非特許
文献2: Yamamoto, N. et al., Tetrahedron Letters, 2004. 45(16): p. 3287-3290)。
この手法では、反応において、高分子と結合する時点では、有害な触媒を使用する必要がなく、チオール基を有するアミノ酸残基であるシステインに対して選択的に共有結合を形成させることができる。しかしながら、糖鎖の還元末端にブロモアセチル基を導入するためには、従来の糖鎖の保護・脱保護の操作が必要であり、また、高分子量の糖鎖に対しては導入のための反応が煩雑であり、収率も極めて低いため、その適応は困難である。
(3)ポリマー合成の原料であるモノマーに、あらかじめ糖類を化学結合させておき、そ
の後、重合反応する手法にて、糖鎖高分子を得ることも可能である(特許文献1: 特開平
7-304788 (1995))。しかしながら、化学的な処理をするために、高分子の崩壊を避けら
れず、特に、生体高分子に対しては不適であった。
【0004】
一方、
(4)酵素反応を用いる配糖化反応が専ら用いられており、エンド-β-N-アセチルグルコ
サミニダーゼMの触媒作用を用いることにより、糖鎖に、糖タンパク質糖鎖のうちN-結合
型糖鎖を効率的に配糖化できる(特許文献2:特開平7-59587 (1995))。しかしながらこの
方法では、タンパク質をはじめとする高分子に対して配糖化するためには、糖転移反応の糖アクセプターとなりうる部位の導入が必要である。また、
(5)特殊な化学反応を用いることなく糖鎖を導入することも行われている。非特許文献
3(M. Hattori et al., J. Agr. Food Chem., 45, 703-708 (1997))によると、蛋白質で
あるベータラクトグロブリンと還元糖であるアルギン酸を混合した溶液を、相対湿度79%
の状態で静置することにより、アミノ基とアルデヒド基の特異的な反応を起こさせ、アマドリ転位反応を利用してアマドリ化合物を生成せしめるというものである。アマドリ化反
応を用いることにより、タンパク質に糖鎖を導入可能である。しかしながら、当該手法による糖鎖導入法では、高分子同士の反応となり、低分子と高分子との反応と比して、非常に非効率的である。また、導入される部位はアミノ基に限らず、インドール基の窒素原子上にも導入されるなど、位置非選択的に導入されるため、タンパク質本来の性質を損なう可能性がある。
【0005】
【特許文献1】特開平7-304788(1995)
【特許文献2】特開平7-59587(1995)
【非特許文献1】Klein, J., et al., Water-soluble poly(acrylamide-allylamine) derivatives of saccharides for protein-saccharide binding studies. Glycoconj. J., 1995. 12(1): p. 51-54
【非特許文献2】Yamamoto, N., T. Sakakibara, and Y. Kajihara, Convenient synthesis of a glycopeptide analogue having a complex type disialyl-undecasaccharide. Tetrahedron Letters, 2004. 45(16): p. 3287-3290
【非特許文献3】M. Hattori, A. Ogino, H. Nakai, and K. Takahashi, J. Agr. Food Chem., 45, 703-708 (1997)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
近年、感染症やアレルギーなどの疾病に糖タンパク質が深く関与することが明らかにされるなど糖鎖含有化合物の重要性が認識されるようになったが、糖タンパク質をはじめとした糖鎖含有化合物、とりわけ高分子化合物であって特定の糖鎖を含有する化合物を、簡便且つ充分な量で確実に調製する方法は確立していない。生体高分子の存在する環境である水溶液中で効率よく且つ生体に対して安全に糖鎖を導入する技術の開発が強く求められている。また、導入される糖鎖は特定の種類及び/又は構造のものを、ネイティブな(native)高分子化合物の機能を損なうことなく、特定の位置に導入することが求められており、それに適した技術の開発は急務である。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題に鑑み、鋭意研究を進めた結果、本発明者等は、タンパク質などの高分子に存在するアミノ基、特定の物質に親和性を有する化合物の残基として存在するアミノ基に着目し、当該アミノ基と還元性を示す糖との間で形成されるシッフ塩基を経由したアマドリ転位反応を利用すると、当該アミノ基含有化合物に糖残基を導入できること、そして当該導入された糖残基を足場として糖鎖転移反応を利用することにより配糖化できることを見出して、本発明を完成した。
かくして、本発明は、アミノ基などの塩基性官能基と還元性を示す糖との間でのシッフ塩基の形成、それに続くアマドリ転位反応、形成されたアマドリ化産物を糖アクセプターとして糖供与体存在下に糖転移酵素により配糖化反応を行う技術に関する。
【0008】
本発明は、次なるものを提供している。
〔1〕還元性を示す糖とアミノ基などの塩基性官能基を有する有機化合物とを反応せしめてアマドリ化合物を形成せしめ、得られたアマドリ化合物を糖受容体として糖供与体及び酵素存在下に糖転移反応を行い、糖鎖の導入された有機化合物を製造することを特徴とする糖鎖含有有機化合物の製造方法。
〔2〕酵素が、糖転移反応触媒酵素であることを特徴とする上記〔1〕記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
〔3〕酵素が、アミラーゼ、セルラーゼ、キチナーゼ、サイクロデキストリングルカノトランスフェラーゼ及びエンドN-グルコサミニダーゼからなる群から選択されたものであることを特徴とする上記〔1〕又は〔2〕記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
〔4〕塩を含有する水溶液中で反応を行い、糖鎖の導入された有機化合物を製造すること
を特徴とする上記〔1〕〜〔3〕のいずれか一記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
〔5〕糖鎖の導入された有機化合物が、一般式(I):
【化1】


〔式中、Rは、分子量40〜1,500,000を有する有機化合物の残基であり、Aは、次の一般式(i), (ii)又は(iii):
【化2】


(上式中、R1は、還元性を示す糖の開環構造体の残基であり、R2〜R6は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、互いに独立に、水素原子、糖残基及び糖質残基から選択されたものである)
で示される基である〕
で示される糖鎖含有有機化合物であることを特徴とする上記〔1〕〜〔4〕のいずれか一記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
〔6〕糖残基が、単糖類、二糖類、オリゴ糖類及び多糖類からなる群から選択されたものの残基であることを特徴とする上記〔5〕記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
〔7〕単糖類が、グルコース、ガラクトース、マンノース、グルコサミン及びN-アセチルグルコサミンからなる群から選択されたもので、二糖類が、マルトース、イソマルトース、ラクトース、ラクトサミン、N-アセチルラクトサミン、セロビオース及びメリビオースからなる群から選択されたもので、オリゴ糖類が、マルトオリゴ糖、イソマルトオリゴ糖、ラクトオリゴ糖、ラクトサミンオリゴ糖、N-アセチルラクトサミンオリゴ糖、セロオリゴ糖及びメリビオオリゴ糖からなる群から選択されたもので、多糖類が、N結合型糖鎖、O結合型糖鎖、グリコサミノグリカン、澱粉、セルロース及びキチンからなる群から選択されたものであることを特徴とする上記〔6〕記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
〔8〕分子量40〜1,500,000を有する有機化合物の残基が、非置換又は置換されていても
よい炭化水素残基、タンパク質残基、核酸残基、多糖残基、脂質残基及び合成高分子残基からなる群から選択されたものであることを特徴とする上記〔5〕記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
〔9〕還元性を示す糖が、グルコース、ガラクトース、マンノース、グルコサミン、N-アセチルグルコサミン、マルトース、イソマルトース、ラクトース、ラクトサミン、N-アセチルラクトサミン、セロビオース及びメリビオースからなる群から選択されたものであることを特徴とする上記〔1〕〜〔4〕のいずれか一記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
〔10〕アミノ基などの塩基性官能基を有する有機化合物が、分子量40〜1,500,000を有す
る有機化合物であり、非置換又は置換されていてもよいアミノ基などの塩基性官能基を有する炭化水素、タンパク質、核酸、多糖、脂質及び合成高分子からなる群から選択されたものであることを特徴とする上記〔1〕〜〔4〕のいずれか一記載の糖鎖含有有機化合物の製造方法。
〔11〕アミノ基などの塩基性官能基を有する炭化水素と還元性を示す糖から生成したアマ
ドリ化合物あるいは上記〔1〕〜〔10〕のいずれか一記載の製造方法で得られた糖鎖含有有機化合物を糖鎖プローブとして使用して得られたものであることを特徴とする糖鎖チップ。
〔12〕センサーチップ基板の表面が金原子で被覆され、当該表面がアルカンチオールで疎水性表面とされ、そこにアミノ基などの塩基性官能基を有する炭化水素と還元性を示す糖から生成したアマドリ化合物あるいは当該アマドリ化合物を糖受容体として糖転移反応を行い糖鎖の導入されている糖鎖含有有機化合物を物理吸着せしめてあることを特徴とする上記〔11〕記載の糖鎖チップ。
【発明の効果】
【0009】
本発明技術により、無保護糖鎖を出発原料として糖鎖修飾することができ、糖鎖を付加した化合物を得ること、とりわけ、高分子化合物に、効率よくかつ簡単な手法で、糖鎖を導入することが可能となったので、例えば、細胞培養用基材、ドラックデリバリーシステムのキャリア、人工皮膚、低アレルゲン化タンパク質、タンパク質医薬などにおいて、有用な糖鎖含有有機化合物が利用可能にされる。本発明は、位置選択的に糖鎖を導入できる技術であり、特定の糖鎖をタンパク質に結合させることを可能にすることから、優れた利点を有している。本発明で、感染症やアレルギーなどの疾病、更には免疫応答や制御、腫瘍の浸潤、転移、増殖などを含めた生体内での生理現象、生物活性に関与する、糖タンパク質をはじめとした糖鎖含有有機化合物、例えば、高分子化合物であって特定の糖鎖を含有する化合物を簡便且つ充分な量で確実に調製することが可能となる。本発明では、生体高分子の存在する環境である水溶液中で効率よく且つ生体物質(タンパク質など)に対して安全に糖鎖を導入する技術であり、また、導入される糖鎖は特定の種類及び/又は構造のものを、ネイティブな(native)高分子化合物の機能を損なうことなく、特定の位置に導入することが可能となっている。
本発明は、細胞の癌化などの病変や、生体分子相互作用の解析に用いることにできる糖鎖チップの糖鎖プローブの作製技術としても活用することができる。
本発明のその他の目的、特徴、優秀性及びその有する観点は、以下の記載より当業者にとっては明白であろう。しかしながら、以下の記載及び具体的な実施例等の記載を含めた本件明細書の記載は本発明の好ましい態様を示すものであり、説明のためにのみ示されているものであることを理解されたい。本明細書に開示した本発明の意図及び範囲内で、種々の変化及び/又は改変(あるいは修飾)をなすことは、以下の記載及び本明細書のその他の部分からの知識により、当業者には容易に明らかであろう。本明細書で引用されている全ての特許文献及び参考文献は、説明の目的で引用されているもので、それらは本明細書の一部としてその内容はここに含めて解釈されるべきものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
本発明では、特定の有用な親和性を有する物質や高分子物質に対し、無保護糖鎖を出発原料として糖鎖修飾する技術が提供される。特に、本発明では、水溶性高分子化合物などの高分子物質に対し、塩を含む水溶液中で糖鎖修飾する技術が提供されると共に、これにより有用で、新規な糖鎖含有化合物も提供される。
本発明の技術では、還元性を示す糖とアミノ基などの塩基性官能基を有する有機化合物(例えば、アミノ基の存在する高分子もしくは化学処理によりアミノ基を導入した高分子などを含む)とを反応せしめて、シッフ塩基の生成を経て、アマドリ化合物を形成せしめ、得られたアマドリ化合物を糖受容体として、糖供与体及び酵素存在下に糖転移反応を行い、糖鎖の導入された有機化合物を製造する。かくして、本発明技術により、新規な糖鎖含有有機化合物を製造することもできる。
【0011】
本発明は、塩基性官能基(例えば、アミノ基)と還元性を示す糖(還元糖)との間で形成されるシッフ塩基を経由したアマドリ転位反応を利用する。D-グルコースなどの還元糖は、水溶液中でアルデヒド基を有する直鎖構造をとることが知られており、当該直鎖構造
をとった場合にはアルデヒド基が現れることとなり、そのアルデヒド基はアミノ基と容易に反応して、シッフ塩基を形成する。この直鎖上のシッフ塩基は再び環化して、N-グリコシド(還元糖がグルコースの場合)を形成する。このN-グリコシドは酸に不安定であり、速やかに還元糖とアミノ基(アミンなど)に戻る。ところで、該直鎖上のシッフ塩基にアマドリ転位が起こると、安定なアマドリ化合物が生成する。この化合物も環化して、アマドリグリコシド(還元糖がグルコースの場合)となる。この反応の経路を、D-グルコースを例にとり、下記の反応式に示す。
【0012】
【化3】


(上式中、Rは、有機残基を示す)
【0013】
アミノ基と還元糖とを反応させ、形成されるシッフ塩基を経由したアマドリ転位反応を生起させ、アマドリ化合物を調製するための条件は、以下のようにして検討することができる。アミノ基含有化合物(R-NH2)として2-フェニルエチルアミンを使用し、それをグ
ルコースと下記の反応式に従って反応して、アマドリグリコシドを取得し、このものをアマドリ化合物の標準サンプルとして、アマドリ化合物の調製条件を検討することができる。
【0014】
【化4】


(上式中、Raは、2-フェニルエチル基を示す)
【0015】
上式では、2-フェニルエチルアミンとグルコースをメタノール中で還流し、次に、生成したN-グリコシドをシュウ酸存在下でジオキサン中、70℃で反応させることによりアマド
リグリコシドを得る。
次に、下記の反応式のようにして、水溶液中での2-フェニルエチルアミンとグルコースとからのアマドリ化合物の調製条件を検討する。
【0016】
【化5】


(上式中、Raは、2-フェニルエチル基を示す)
【0017】
水溶液中での生成条件は、例えば、リン酸緩衝液、クエン酸緩衝液、酢酸緩衝液などの緩衝液を使用して検討できる。
図1には、アマドリグリコシドの生成に対する緩衝液の影響を検討した結果が示されている。例えば、pH=7.5, 50mMの緩衝液として、リン酸緩衝液、クエン酸緩衝液、酢酸緩衝液を選択して、グルコース1.0M 2-フェニルエチルアミン 20mM 全量1.0mLの条件で37℃で反応したところ、すべての緩衝液でアマドリグリコシドの生成がみとめられた(HPLCによ
る)。アマドリグリコシドへの変換率は、リン酸緩衝液中で最大の値が得られ、それは80%/2 Weeksというものであった。図2には、アマドリグリコシドの生成に対するリン酸緩衝液のpHの影響を検討した結果が示されている。例えば、アマドリグリコシドの変換率は、pH=7.5以上では80%以上となった。リン酸のpKa2が7.2であることから、アマドリ化の促進にはリン酸のヒドロキシ基が二つ解離していることが必要であると考えられる。
【0018】
本発明で、還元性を示す糖とアミノ基などの塩基性官能基を有する有機化合物とを反応せしめてアマドリ化合物を形成せしめる反応は、当該反応に悪影響を与えない限り、当該分野で知られた溶媒などの媒体中で行うことができる。当該反応は、無溶媒(反応原料が溶媒を兼ねる場合を含んでよい)中又は反応に不活性な溶媒存在下にて行うのが有利である。該溶媒は、反応が進行する限り特に限定されないが、好適には水性溶媒を使用でき、例えば、水、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、シクロヘキサノール、フルフリルアルコール、エチレングリコール、ベンジルアルコールなどのアルコール類、例えば、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサン、テトラヒドロフルフリルア
ルコール、ジエチレングリコール、シクロヘキシルメチルエーテル、メチルセロソルブ、セロソルブ、ブチルセロソルブ、メチルtert-ブタノール等のエーテル類、例えば、メチ
ルエチルケトン、フルフラール、メチルイソブチルケトン、メシチルオキシド、ジアセトンアルコール、シクロヘキサノン等のケトン類、例えば、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類、例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルホラン等のスルホキシド類、例えば、ホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミ
ド等のアミド類、例えば、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸メトキシブチル、酢酸セロソルブ、炭酸ジエチル、炭酸グリコール等のエステル類、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、無水酢酸等の有機酸類、ヘキサメチルホスホロトリアミド、ピリジン、キノリン等の複素環化合物、アニリン、N-メチルアニリン等の芳香族アミン類、ニトロ化合物等が挙げられる。これらの溶媒は単独で用いることもできるし、また必要に応じて二種又はそれ以上の多種類を適当な割合、例えば、1:1〜1:10の割合で混合して
用いてもよい。
【0019】
当該反応の反応媒体は水が好ましく、緩衝能を有する塩溶液が好ましい。緩衝剤としては、当該反応に悪影響を与えない限り、当該分野で知られたものの中から選択することができるが、例えば、リン酸又はその塩、クエン酸又はその塩、シュウ酸又はその塩、酢酸又はその塩などから選択することができ、当該塩としてはナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属との塩、マグネシウムなどのアルカリ土類金属との塩などが挙げられる。その塩溶液が示す水素イオン濃度pHは3.5から13であってよく、より好ましくは7.5から8.5の
範囲である。また、反応温度は、好ましくは4℃から80℃であってよく、より好ましくは25℃から50℃の範囲で実施することが望まれる。反応時間は、特に限定されず、所望の生
成物が得られる限り、適宜適切な時間とすることができるが、例えば、1分間〜1月間であってよく、通常は、1日間〜3週間であってよく、代表的な場合には、7〜15日間が挙げられる。塩濃度は、5mMから1Mまでであってよく、より好ましくは20mMから200mMで実施することが望ましい。添加する糖の濃度は好ましくは1mMから5Mであってよく、より好ましく
は100mMから1Mで実施することが望まれる。
生成物は反応液のまま、あるいは粗製物として次の反応に用いることもできるが、常法に従って反応混合物から単離することもでき、濃縮、減圧濃縮、蒸留、分留、溶媒抽出、液性変換、転溶、例えば、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、薄層クロマトグラフィー(TLC)、カラムクロマトグラフィーなどのクロマトグラフィー、結晶化、再結晶等により
、単離精製することができる。
本発明は、水溶性高分子に対し、塩を含む水溶液中で無保護糖鎖を出発原料として修飾する手法及びそれによって生じた新規化合物に関するものである。
【0020】
本発明で得られたアマドリ化合物は、それを糖受容体(アクセプター)として使用し、糖供与体(ドナー)存在下に糖転移反応を行い、糖鎖の導入された有機化合物に変換することできる。当該糖転移反応は、酵素を使用した手法を好適に使用できる。当該酵素としては、所要の反応を行うことができる限り特には限定されないが、例えば、糖転移反応触媒酵素として知られたもののうちから選択してそれを使用できる。当該酵素は、単独で用いることもできるし、また必要に応じて二種又はそれ以上の多種類を適当な割合で混合して用いてもよい。糖転移反応に用いる糖転移反応触媒酵素としては特に制限はないが、代表的な糖転移反応触媒酵素としては、アミラーゼ、セルラーゼ、キチナーゼ、サイクロデキストリングルカノトランスフェラーゼ、エンドN-グルコサミニダーゼ、ヒアルロニダーゼなどが挙げられる。
【0021】
本発明のアマドリ化合物への糖転移反応は、当該生成せしめたアマドリ化合物を糖受容体として使用し、糖供与体となる糖(糖類、糖質、複合糖質などを含む)、触媒となる酵素、及び緩衝液を含む反応液中で行なわれる。糖供与体あるいはアマドリ化合物の使用量は特に制限されず、飽和量まで使用できる。酵素の使用量も特に制限されないが、反応溶液1ml当たり10mU〜10U程度使用すればよい。緩衝液はpHが5〜11程度の適当な緩衝液を
用いればよく、通常はpH6.0付近でリン酸カリウム緩衝液などを使用する。本発明の転移
反応は、反応液に有機溶媒(上記したようなもの)、無機塩類等を添加しても反応し、例えば水難溶性の糖質あるいは複合糖質に対しては、有機溶媒としてメタノールを使用することができる。この他、DMSO(ジメチルスルホキシド)やDMF(N, N-ジメチルホルムアミド)なども使用できる。
本発明の転移反応は、通常室温〜50℃程度、好ましくは30〜40℃程度の温度下で行なわれ、その反応条件によるが、転移反応は数分から数十時間程度で終了する。
生成される糖鎖含有有機化合物は、既に公知となっている方法によって反応終了液から容易に分離精製可能である。例えば、ゲル濾過カラムクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、薄層クロマトグラフィー(TLC)などがその方法として挙げられ、
さらに脱塩、濃縮、凍結乾燥などの操作により回収することができる。
【0022】
本明細書で「糖」とは、糖類、糖質、複合糖質などを含む意味と理解してよく、「糖類」とは、単糖類、単糖類が複数個縮合した小糖類(二糖類、オリゴ糖を含む)、多糖類を指すものである。糖類は、炭素原子とほぼ同数の酸素原子をもつポリヒドロキシアルデヒド、ポリヒドロキシケトン、及びこれらの誘導体(例えば、アミノ基をもつアミノ糖、アルデヒド基又は第一級ヒドロキシ基の部分がカルボキシル基となっているカルボン酸、アルデヒド基やケトン基がヒドロキシ基となっている多価アルコールなど)など、並びに、それらの縮重合体を指すものであってよい。「糖質」とは、糖類を主要な成分としてもつ物質を指すと理解してよく、糖のみから成るものを単純糖質、その他の物質(タンパク質、脂質、合成高分子などを含む)を含むものを複合糖質と考えてよい。
本明細書で「還元性を示す糖」(還元糖)とは、還元性有機物の検出反応である銀鏡反応で陽性のもの、すなわち、Ag+を還元してAgを形成するもの、及び/又は、フェーリン
グ液と反応してCu2+を還元してCu2Oを形成するものなどであってよい。
当該還元性を示す糖は、所定の目的を達成できる限り特に限定されないが、通常は、導入目的の糖鎖構造を勘案し、且つ、使用する糖転移反応触媒酵素の種類に応じて選択できる。代表的な還元糖としては、単糖ではグルコース、ガラクトース、マンノース、グルコサミン、N-アセチルグルコサミン、フルクトースなどが挙げられ、二糖ではマルトース、イソマルトース、ラクトース、ラクトサミン、N-アセチルラクトサミン、セロビオース、メリビオースなどが挙げられる。オリゴ糖としては、グルコース、ガラクトース、マンノース、グルコサミン、N-アセチルグルコサミン、フルクトースなどから構成されるホモオリゴマー、あるいは、グルコース、ガラクトース、マンノース、グルコサミン、N-アセチルグルコサミン、フルクトース、シアル酸などの2成分以上より構成されるヘテロオリゴマーが挙げられ、例えば、マルトオリゴ糖、イソマルトオリゴ糖、ラクトオリゴ糖、ラクトサミンオリゴ糖、N-アセチルラクトサミンオリゴ糖、セロオリゴ糖、メリビオオリゴ糖などが挙げられる。多糖としては、動物、植物(海藻を含む)、昆虫、微生物など広範囲な生物で見いだされているものが挙げられ、例えば、N結合型糖鎖、O結合型糖鎖、グリコサミノグリカン、澱粉、アミロース、アミロペクチン、セルロース、キチン、グリコーゲン、アガロース、アルギン酸、ヒアルロン酸、イヌリン、グルコマンナンなどが挙げられる。
【0023】
本発明の技術で得られる糖鎖の導入された有機化合物、すなわち、糖鎖含有有機化合物は、人工的に得られた有機化合物や動物、植物(海藻を含む)、昆虫、微生物など広範囲な生物で見いだされている有機化合物(例えば、タンパク質、核酸、多糖、脂質など)に糖鎖を導入したものであってよいが、例えば、一般式(I)で示される化合物である。
該化合物(I)中、Rは有機残基であってよく、好適には、分子量40〜1,500,000を有する
有機化合物の残基であり、より好ましくは分子量500〜1,000,000程度の化合物の残基である。Rは、非置換又は置換されていてもよい炭化水素残基、生体高分子の残基、例えば、
タンパク質残基、核酸残基、多糖残基など、脂質残基、合成高分子残基などからなる群から選択されたものであることができる。
該「非置換又は置換されていてもよい炭化水素残基」の「炭化水素残基」は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、複素環式基などであってよい。
「置換されていてもよいアルキル基」は、1個以上の置換基(置換基としては下記で説明するようなものから選ばれることができる)で任意に置換されていてもよく、直鎖であるか、あるいは分岐鎖であってよく、その炭素数が、好ましくは1乃至20で、更に好ましくは1乃至12で、特に好ましくは1乃至4であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n
−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等が挙げられる。
【0024】
「置換されていてもよいシクロアルキル基」は、1個以上の置換基(置換基としては下記で説明するようなものから選ばれることができる)で任意に置換されていてもよく、単
環式のものであるか、あるいは二環式などの複数の環の縮合した形態のものであってよく、その炭素数が、好ましくは3乃至10で、更に好ましくは3乃至7で、特に好ましくは3乃至6であり、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、[2.2.1]ビシクロヘプチル基等が挙げられる。
「置換されていてもよいアリール基」は、1個以上の置換基(置換基としては下記で説明するようなものから選ばれることができる)で任意に置換されていてもよく、単環式のものであるか、あるいは二環式などの複数の環の縮合した形態のものであってよく、アリール部分の炭素数は、好ましくは6乃至12で、更に好ましくは6であり、例えば、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
「置換されていてもよいアラルキル基」は、アリール部分及び/又はアルキレン部分が任意に1個以上の置換基(置換基としては下記で説明するようなものから選ばれることができる)で置換されていてもよく、アリール部分の炭素数は、好ましくは6乃至12で、更に好ましくは6であり、アルキレン部分の炭素数は、好ましくは1乃至8で、更に好ましくは1乃至4であり、該アルキレン部分は直鎖であるか、あるいは分岐鎖であってよく、例えば、ベンジル、2−又は4−ニトロベンジル、4−メトキシベンジル等のような任意に置換されていてもよいベンジル、任意に置換されていてもよいフェネチル及び任意に置換されていてもよいフェニルトリメチレンなどが挙げられる。
【0025】
「置換されていてもよい複素環式基」は、飽和あるいは不飽和のものであってよく、同一または異なる、窒素原子、酸素原子、硫黄原子などを含有し、単環式のものであるか、あるいは二環式などの複数の環の縮合した形態のものであってよく、1個以上の置換基(置換基としては下記で説明するようなものから選ばれることができる)で任意に置換されていてもよい。該「置換されていてもよい複素環式基」としては、例えば、5-、6-または7-員環のものが挙げられ、代表的にはイミダゾール、ピラゾール、イミダゾリン、イミダゾリジン、ピリジン、ピリミジン、ベンズイミダゾール、キナゾリン、プテリジン、プリン、1,3-ジアゼピン、アジリジン、アゼチジン、ピロール、ピロリジン、ピリジン、テトラヒドロピリジン、ピペリジン、アゼピン、インドール、キノリン、イソキノリン、モルホリン、ピペラジンなどが挙げられる。また、R4及びR5がそれらの結合する窒素原子と一緒になって「置換されていてもよい複素環式基」を形成している場合には、それらの基は窒素原子を含有する単環式のものであるか、あるいは二環式などの複数の環の縮合した形態のものであってよく、飽和あるいは不飽和のものであってよく、例えば、アジリジン、アゼチジン、ピロール、ピロリジン、ピリジン、テトラヒドロピリジン、ピペリジン、アゼピン、インドール、キノリン、イソキノリン、モルホリン、ピペラジンなどが挙げられる。
上記した基における置換基としては、上記したようなアルキル基、上記したようなアリール基、水酸基、置換されていてもよいアミノ基(例えば、アミノ基、例えばメチルアミノ基、エチルアミノ基などのN-低級(C1-C4)アルキルアミノ基、例えばフェニルアミノ基
などのN-アリールアミノ基、例えばモルホリノ基、ピペリジノ基、ピペラジノ基、N-フェニルピペラジノ基などの脂環式アミノ基、グアニジノ基など)、イミノ基、アミジノ基、アシルイミドイル基(例えば、アセトイミドイル基、プロピオンイミドイル基などの低級(C2-C5) アルカン酸から誘導されたもの、ベンズイミドイル基などの(C7-C11)芳香族カルボン酸から誘導されたものなど)、ハロゲン(例、F, Cl, Br など)、ニトロ、低級(C1-C4)アルコキシ基( 例、メチル基、エチル基など)、低級(C1-C4)アルキルチオ基(例、メ
チルチオ、エチルチオなど)、カルボキシル基、低級(C2-C6)アルカノイルオキシ基、1-低級(C1-C6)アルコキシカルボニルオキシ基、イミダゾイル基、インドール基、プリン基、
ピリミジン基、官能基の保護基などが挙げられる。
【0026】
当該「タンパク質残基」としては、生体タンパク質、遺伝子組換え技術で得られたタンパク質、改変タンパク質、融合タンパク質などが包含されてよく、膜タンパク質、レセプタータンパク質、リンホカイン、サイトカイン、モノカイン、酵素、マトッリクスタンパ
ク質、構造タンパク質、血漿タンパク質、血液凝固因子、成長因子、生理活性タンパク質などから誘導された残基が包含されてよく、好適には、リジン残基を有しているタンパク質、遺伝子組換え技術でリジン残基を付加したタンパク質、エリスロポエチン(EPO)、リ
ゾチーム、黄体形成ホルモン(LH)、卵胞刺激ホルモン(FSH)、甲状腺刺激ホルモン(TSH)、ヒト絨毛性ゴナドトロピン(hCG)、カドヘリン、プロテオグリカン、ムチン、細胞外マト
リックス(ECM)、ポリリジンなどから誘導された残基が挙げられる。
さらに、該化合物(I)中、Rは通常の生体高分子から誘導された残基で、例えば、蛋白質、脂質、核酸等から誘導されたもので、本発明技術が適応可能なものであり、好ましくは塩基性官能基であるアミノ基、グアニジノ基、イミノ基、イミダゾイル基、インドール基、プリン基、ピリミジン基等がそれら生体高分子の周囲に向かって提示されている状態である高分子、より好ましくは、修飾されうる塩基性官能基の近傍に、他の塩基性官能基が存在する高分子から誘導された残基である。
【0027】
該化合物(I)中、Aは一般式(i), (ii)又は(iii)で示される基である。当該一般式(i), (ii)又は(iii)中、R1のうち、及び、R2〜R4のうちの少なくとも一つ、そして、R5は及び6
のうちの少なくとも一つは、糖残基及び糖質残基からなる群から選択されたものである。
本糖残基としては、単糖類、二糖類、オリゴ糖類、多糖類などが挙げられ、単糖類には、グルコース、ガラクトース、マンノース、グルコサミン、N-アセチルグルコサミンなどが挙げられ、二糖類には、マルトース、イソマルトース、ラクトース、ラクトサミン、N-アセチルラクトサミン、セロビオース、メリビオースなどが挙げられ、オリゴ糖類には、マルトオリゴ糖、イソマルトオリゴ糖、ラクトオリゴ糖、ラクトサミンオリゴ糖、N-アセチルラクトサミンオリゴ糖、セロオリゴ糖、メリビオオリゴ糖などが挙げられ、そして、多糖類には、N結合型糖鎖、O結合型糖鎖、グリコサミノグリカン、澱粉、セルロース、キチンなどが挙げられるが、他には、上記「還元糖」に関して例示されたものから誘導された残基であることもできる。当該糖残基としては、高マンノース型、混成型、複合型のいずれから誘導されたものであることもでき、特に、複合型であって、構造変化に富み、動物でよく見いだされる糖鎖構造のもの、生体内で重要な生理機能を担っているものであることができる。
当該糖残基及び糖質残基の「糖」や「糖質」としては、上記で説明したものであり、例えば、例えばグルコース、マンノース、N-アセチルグルコサミンなどの単糖、これらの2単糖以上のホモオリゴマー、これら2成分以上から構成されるヘテロオリゴマーなどが挙げられる。また、これら糖質のα- およびβ-メチルグリコシド、α- およびβ-p-ニトロフェニルグリコシド、O-メチルグリコシド、1-アミノグリコシド、4-メチルウムベリフェリルグリコシドなどの糖質及び、ピリジルアミノ化された糖質、また、これら糖質の末端にアスパラギン、発色物質あるいは蛍光物質などで標識されたアスパラギン、アスパラギンを介してポリペプチドが結合した複合糖質などでもよいし、さらに、下記する糖供与体も包含される。
【0028】
本発明で使用できる糖供与体としては、当該糖転移反応に用い、所要の反応を行うことができる限り特には限定されないが、例えば、使用する触媒酵素に応じて適切なものを選択できる。代表的な糖供与体としては、一般式(a)又は(b):
【0029】
【化6】


〔式中、Bは、-F、-O-R14、あるいは、次の置換基(c)又は(d):
【0030】
【化7】


であり、R7〜R14は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、互いに独立に、水素原子、
水酸基、アミノ基、カルボキシル基、糖残基、糖質残基、糖又は糖質の修飾物の残基から選択されたものである〕
で示される化合物が挙げられる。
【0031】
本発明を実施するに当たり、通常の生体高分子である蛋白質、ポリペプチド、オリゴペプチド、脂質、核酸等そのほとんどに適応可能であるが、好ましくは塩基性官能基であるアミノ基、グアニジノ基、イミノ基、イミダゾイル基、インドール基、プリン基、ピリミジン基等がそれら生体高分子の周囲に向かって提示されている状態である高分子、より好ましくは、修飾されうる塩基性官能基の近傍に、他の塩基性官能基が存在する高分子に対して行うことが望ましい。
本発明の技術により、糖とタンパク質の間に起こるシッフ塩基の形成を経由したアマドリ転位反応を用いることにより、従来直接酵素触媒により配糖化を行うことが困難であったタンパク質にも、足場糖鎖を導入することで、酵素触媒を介した糖転移反応を適用できて、該タンパク質への糖鎖導入が容易に行うことができるようになる。
本発明では、アミノ基などの塩基性官能基と還元糖との間でのシッフ塩基の形成、それに続くアマドリ転位反応を起こさせることにより、アマドリ化高分子を調製し、アマドリ化高分子に対して配糖化反応を行うことにより、糖転移酵素に対して糖アクセプターとなりうる部位のない高分子に対しても容易に修飾できる。第一級水酸基を化学的にアミノ基変換しうることにより、導入効率を向上させることも可能である。また、糖ドナーと酵素を選択することによって、糖鎖高分子ライブラリーを構築することができる。
【0032】
本発明の方法で製造した糖鎖含有有機化合物は、各種糖質分解酵素や糖転移酵素の基質となり、各種有用酵素の検索に用いることができる。特にアスパラギン結合型糖鎖のうち、複合型に関与する酵素の基質を調製するのに有用である。例えば、α-p-ニトロフェニ
ルグルコース(p-NP-α-Glc)部分を有する糖鎖を導入した化合物は、エンド-β-N-アセチルグルコサミニダーゼの検出および測定に用いることができる。例えば、試料中に目的の酵素が存在すれば、p-NP-α-Glcが遊離し、さらにα-グルコシダーゼを作用させれば遊離のp-ニトロフェノールが黄色を示し、ラジオアイソトープや蛍光光度計などを用いずに試
料中の酵素活性を簡便に測定することができる。試料としては微生物、昆虫、動物、植物などの生物あるいはそれらの細胞培養液などが挙げられる。また、p-NP-α-Glcの代わり
に、例えばX-Glc (5-ブロモ-4-クロロ-3-インドリル-D-グルコシド)を用いることも可
能で、この場合には青色を呈する。
また、例えば本発明のp-ニトロフェニル化糖質を還元し、p-アミノフェニル化糖質を調製し、その後活性化カルボキシルアガロースや臭化シアン活性化アガロースなどに結合させることにより、糖質が結合した担体を調製することができる。この糖質結合担体は各種糖質分解酵素、糖転移酵素、レクチンなどの精製に有用である。また、本発明で合成されるメチルグリコシド化糖質はエポキシ活性化アガロースなどに容易に固定化することが可能で、調製した糖質結合担体は前述と同様の目的で使用することができる。
【0033】
本発明により、腫瘍細胞を含めた細胞間の相互作用、生体分子相互作用の解析などに用いることのできる糖鎖チップ(糖鎖マイクロアレイ)用糖鎖プローブの作製技術としても活用することができる。糖鎖チップのセンサーチップ表面は金原子で構成されており、アルカンチオールを用いることにより容易に疎水性表面の作製を達成することができる。そこへ予め調製しておいた、アルキルアミンなどの疎水親和性基を有しているアミン化合物と糖鎖から生成したアマドリ化合物(あるいは当該アマドリ化合物を糖受容体として糖転移反応を行い糖鎖の導入されている糖鎖含有有機化合物)を物理吸着させることによって、糖鎖を表面に提示した界面を得ることができる(図16参照)。こうして調製できる糖鎖チップは、表面プラズモン共鳴法、水晶振動子マイクロバランス法、原子間力顕微鏡等において分子の相互作用の測定が可能である。
以下に実施例を掲げ、本発明を具体的に説明するが、この実施例は単に本発明の説明のため、その具体的な態様の参考のために提供されているものである。これらの例示は本発明の特定の具体的な態様を説明するためのものであるが、本願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限することを表すものではない。本発明では、本明細書の思想に基づく様々な実施形態が可能であることは理解されるべきである。全ての実施例は、他に詳細に記載するもの以外は、標準的な技術を用いて実施したもの、又は実施することのできるものであり、これは当業者にとり周知で慣用的なものである。
【実施例1】
【0034】
〔セロビオースに対するアマドリ化反応〕
【化8】


【0035】
8.3 gのセロビオース(1)と30 mlのn-プロピルアミンを80℃で150分間反応させた。反応液をノルマルヘキサン(n-ヘキサン):イソプロピルアルコール(i-プロピルアルコール)=10:3の溶液に対して再沈殿を行い、白色固体を回収後、減圧乾固させた。続いて、1,4-ジオキサン:メタノール=2:1溶液に溶解させ、シュウ酸存在下65℃で20分反応させた。反
応液をn-ヘキサン: i-プロピルアルコール=10:3の溶液に対して再沈殿を行い、白色固体を回収後、減圧乾固させ、目的生成物アマドリ化セロビオース(2)を得た(収量1.16g、収率50%)。
1H-NMR(500 MHz, δ, D2O)0.92 (t, 3H, -CH3)、1.68 (d, 2H, -CH2-)、3.03 (s, 2H
, -NHCH2-)、 3.27 (s, 1H, H-1)、 3.31-3.39 (m, 2H, H-2' H-4')、3.42-3.50 (m, 2H , H-5' H-3')、3.69 (dd, J =6.2 Hz, J =12.6 Hz, 1H , H-6')、3.76 (d, J3,4 =9.9 Hz, 1H, H-3)、 3.88 (d, J = 12.1 Hz, 1H, H-6')、3.96 (d, J = 12.6 Hz, 1H, H-6)、4.07 (dd, J3,4=8.4Hz, J4,5=2.0 Hz, H-4)、4.17(s, 1H, H-5)、4.57(d, J1',2'=, H-1')
13C-NMR(125 MHz, δ, D2O)11.67 (-CH3)、20.32 (-CH2-)、51.63 (-NHCH2-)、54.36
(C1)、62.24 (C6')、65.09 (C6)、68.04 (C5)、69.78 (C3)、71.13 (C4')、74.53 (C2')、77.13 (C3')、77.60 (C5')、78.77 (C4)、96.94 (C2)、101.92 (C1')
【実施例2】
【0036】
〔アマドリ化セロビオースに対するサイクロデキストリングルカノトランスフェラーゼによる配糖化〕
【化9】


【0037】
pH 6.2のクエン酸緩衝溶液10 mlに50 mgの可溶性でんぷんを溶解させ、超音波照射した後、80℃に加熱することで0.5 wt%可溶性でんぷん溶液を調製した。これを小分け(200 μl)した後、サイクロデキストリングルカノトランスフェーラーゼ(コンチザイム、天野エンザイム)を40℃で20分間プレインキュベートし、ここに10分間プレインキュベートした100 mM アマドリ化合物(2)水溶液を100 μl加え、酵素溶液10 μlを加えて全量を400
μl(終濃度 可溶性澱粉 0.25wt% アマドリ化合物 25 mM、緩衝液 50 mM(pH 6.2)、Enzyme >15 u/ml)として反応した。反応生成物はHPLCで分取し、MALDI-TOF MS(matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry:マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析)解析を行ったところ、グルコース1個分の分子量増加の部位に、化合
物(3)に対応するm/z値568の分子イオンピークが観測され、アマドリ化合物に対して酵
素的糖鎖付加反応が実施できることが示された。
【実施例3】
【0038】
〔アマドリ化セロビオースに対するEndo-Mを用いる配糖化〕
【化10】


【0039】
N-結合型糖鎖に作用するMucor hiemalis 由来のendo-β-N-acetylglucosaminidase (Endo-M、東京化成)を酵素触媒として用いた。糖ドナーは100 mMのシアログライコペプタイ
ド(4)水溶液を12μL使用した。糖受容体には100 mMアマドリ化合物(2, DbGPF)の水溶液10
μLを使用した。この混合溶液と共に25℃で10分間プレインキュベートしたものに、溶解させた833mU/mlの活性を有するEndo-M酵素溶液(166 mM PKB (pH 6.3))9 μLとアセトン6 μLを加え、反応を開始した。サンプリングは30分、1時間、3時間で行った。反応終了
は44:31= アセトニトリル:水75 μLに5 μLの反応溶液を加えた後、冷凍することで行った。生成物をHPLCで分取し、MALDI-TOF MS解析を行ったところ、目的化合物(5)の分子量
に相当する分子イオンピークm/z値2421〜2497が観測された(図4参照)。
【実施例4】
【0040】
〔トリペプチドBoc-バリン-ロイシン-リジン-MCA (Boc-V-L-K-MCA)(6)に対するセロビオ
ースによるアマドリ化〕
【化11】


【0041】
10 mMのペプチド(Boc-VLK-MCA)の水溶液を調製した。また、10 mMのリン酸カリウム緩
衝溶液(pH 7.5)に500 mMとなるようにセロビオースを溶解させたものを調製し、この溶液300 μLと10 mMのペプチド水溶液200 μLとを混合し、37℃でインキュベートした。反応
開始から5日の時点で反応溶液を一部サンプリングし、MALDI-TOF MSを用いて目的とする
アマドリ化糖ペプチドの存在を確認した。さらに反応を5日間行い、10日経過時点で冷凍
保存することにより反応終了とした。使用したペプチドはN末端にBoc(t-ブトキシカルボニル)基を、C末端にMCA(4-メチルクマリル-7-アミド)基を持つため、疎水性のカート
リッジを用いて精製した。カートリッジにはWaters Sep-PakTM PLUS C18(1.0 ml、PART No.23635)を使用した。カートリッジを100 % アセトニトリル 10 mlで洗浄した後、純粋で十分に洗浄した。その後、反応溶液をチャージさせ、未反応のセロビオースなどを除去した。その後、水を用いてカートリッジを十分に洗浄した後、水:アセトニトリル = 1:1
0.1% TFA Containing 溶液10 mlを用いてカートリッジから目的とするペプチドを溶出
させた。その後、水:アセトニトリル = 3:7, 0.1 %TFA 溶離液を流し、TLC (アセトニトリル:水 = 9:4 , 1% TFA)にて展開、365 nmのUVで完全な回収を確認した。得られた溶出
画分はエバポレーションにてアセトニトリルを除去した後、凍結乾燥を行うことで固体として回収した。元のトリペプチドm/z値である653に対して予想されたアマドリ化ペプチドの分子量977に相当するm/z値を確認した(図5参照)。
【実施例5】
【0042】
〔アマドリ化トリペプチド(Boc-V-L-K-MCA)に対するEndo-Mを用いた配糖化反応〕
【化12】


【0043】
アマドリ化トリペプチド(7)及びアシアロオリゴ糖ペプチド(8)含有水溶液に対して、実施例3と同様にEndo-Mを作用させ、反応を行った。反応生成物をMALDI-TOF MS解析を行ったところ、目的化合物(9)の分子量に相当する分子イオンピークm/z値2399が観測された(図6参照)。
【実施例6】
【0044】
〔トリペプチドBoc-ロイシン-リジン-アルギニン-MCA (Boc-L-K-R-MCA)(10)に対するセロビオースによるアマドリ化〕
【化13】


【0045】
ペプチド(Boc-LKR-MCA)の水溶液とセロビオースリン酸カリウム緩衝溶液(pH 7.5)とを
、実施例4と同様の反応条件で反応を行い、生成物のMALDI-TOF MSスペクトルを測定したところ、元のトリペプチドm/z値である672に対して予想されたアマドリ化ペプチドの分子量997に相当するm/z値を確認した(図7参照)。
【実施例7】
【0046】
〔アマドリ化トリペプチド(Boc-L-K-R-MCA) に対するEndo-Mを用いた配糖化反応〕
【化14】


【0047】
アマドリ化トリペプチド(11)及びアシアロオリゴ糖ペプチド(8)含有水溶液に対して、
実施例3と同様にEndo-Mを作用させ、反応を行った。反応生成物をMALDI-TOF MS解析を行ったところ、目的化合物(12)の分子量に相当する分子イオンピークm/z値2418が観測され
た(図8参照)。
【実施例8】
【0048】
〔トリペプチドBoc-グリシン-リジン-リジン-MCA (Boc-G-K-K-MCA)(13)に対するセロビオースによるアマドリ化〕
【化15】


【0049】
ペプチド(Boc-GKK-MCA)の水溶液とセロビオースリン酸カリウム緩衝溶液(pH 7.5)とを
、実施例4と同様の反応条件で行い、生成物のMALDI-TOF MSスペクトルを測定したところ、元のトリペプチドm/z値である660に対して予想されたアマドリ化ペプチドのプロトン付加物分子量984とカリウム付加物分子量1022に相当するm/z値を確認した(図9参照)。
【実施例9】
【0050】
〔アマドリ化トリペプチド(Boc-G-K-K-MCA)に対するEndo-Mを用いた配糖化反応〕
【化16】


【0051】
アマドリ化トリペプチド(14)及びアシアロオリゴ糖ペプチド(8)含有水溶液に対して、
実施例3と同様にEndo-Mを作用させ、反応を行った。反応生成物をMALDI-TOF MS解析を行ったところ、目的化合物(15)の分子量に相当する分子イオンピークm/z値2444が観測さ
れた(図10参照)。
【実施例10】
【0052】
〔セロビオースを用いたアマドリ化リゾチームの調製〕
1.46mg/mlのリゾチーム(Hen Egg)と300 mMセロビオースを10 mMのリン酸緩衝溶液(pH 7.5) 500μLに溶解させ、40℃で10日インキュベートした。反応の終了は遠心膜濃縮により精製をかけることで行った。膜濃縮後、糖付加の確認はMALDI-TOF MSを用いて行った。スペクトル上に、ネイティブリゾチームの分子量に相当するm/z値14306付近のピークと326
増加したアマドリ化リゾチームの分子量にほぼ相当するm/z値14632のピークを得た(図11参照)。
【実施例11】
【0053】
〔アマドリ化リゾチームにEndo-Mを作用させたときの生成物解析〕
糖ドナーは8 mMのシアログライコペプチド水溶液を12 μL使用した。糖受容体には実施例10で作製したアマドリ化リゾチームを含む水溶液10 μL使用した。この混合溶液と共に25℃で10分間プレインキュベートして溶解させた833mU/mlの酵素溶液(166 mM PKB (pH 6.3))を9 μLと、アセトン6 μLを加え、反応を開始した。サンプリングは30分、1時間、3時間で行った。反応終了は44:31= アセトニトリル:水の水溶液75 μLに5 μLの反応溶液を加えた後、冷凍することで行った。MALDI-TOF MS解析を行ったところ、糖鎖付加した分子量増加分に符合するm/z値16664を得た(図12参照)。
【実施例12】
【0054】
〔セロビオースでアマドリ化したリゾチームの性能試験〕
実施例10で調製したアマドリ化リゾチームを用いて活性測定を行った。リゾチームの
性能試験は、Micrococcus luteus菌体(生化学工業)を基質として用いた。菌体に対する加水分解活性は、予め540 nmにおける透過度10%に調製した菌体溶液を基質として用い、JASCO V-550紫外可視分光光度計を用いて行った。透過度の上昇速度を反応初速度とし、反応初速度の温度依存性をリゾチーム(0.67μg/ml)とアマドリ化リゾチーム(0.67μg/ml)について試験した。反応温度は10℃〜70℃の範囲で行った。
アマドリ化リゾチームの加水分解性能としてその反応初速度に及ぼす温度の影響を試験した結果を図13に示す。いずれのリゾチームにおいても、10℃〜70℃の範囲で活性を示した。アマドリ化リゾチームは、10℃〜70℃の温度範囲において、リゾチームに対して50〜90%程度の活性を示した。
続いて20分後の変換率に対する温度依存性について試験した。アマドリ化リゾチームの加水分解性能としてその基質変換率に及ぼす温度の影響を試験した結果を図14に示す。10℃から70℃の温度領域において、アマドリ化リゾチームとリゾチームの変換率はほぼ同等の値が得られた。
【実施例13】
【0055】
〔セロビオースでアマドリ化したリゾチームのアマドリ化部位の特定〕
セロビオースでアマドリ化したリゾチームのアマドリ化部位の特定は、プロテアーゼ消化によるペプチドマッピングとMALDI-TOF MSを用いて行った。プロテアーゼはグルタミン酸(E)あるいはアスパラギン酸(D)のC末端を特異的に切断するプロテイネースGlu-Cを用いた。反応溶液をMALDI-TOF MSを用いて断片の分子量測定をしたところ、m/zが1768.55〜1776.58付近にピークが確認された。断片88-101に相当するm/zの1448に、324だけ付加した1772を含む領域であることから、この断片にアマドリ化していることが明らかになった。
図15には、リゾチーム(chicken egg white)のアミノ酸配列(129個のアミノ酸残基か
ら成る)を示してあり、塩基性アミノ酸には下線が付してあり、断片88-101のうち、塩基
性アミノ酸が連続しているLys(96) Lys(97)にサイトスペシフィックにセロビオースのア
マドリ化が起きている。
かくして、タンパク質に存在しているLysを選択的に利用して糖鎖修飾が可能であり、
リコンビナントタンパク質の糖鎖による修飾が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0056】
本発明によれば、生体環境に近い水媒体中で保護されていない糖を使用して配糖化できるので、従来の技術では困難であった種々多様な糖鎖を転移することが可能で、加えて、種々多様な生体高分子を含めた有機化合物に糖鎖を導入できる。
本発明の配糖化技術により、安定性や細胞認識などの物理化学的あるいは生理的性質を向上した糖質および複合糖質を合成できて、副作用の少ない医薬品(エリスロポエチン、インターフェロンなど多くの糖タンパク質性の医薬品を含む)などの開発、生産等に利用できることから、産業上極めて有用である。
本発明は、前述の説明及び実施例に特に記載した以外も、実行できることは明らかである。上述の教示に鑑みて、本発明の多くの改変及び変形が可能であり、従ってそれらも本件添付の請求の範囲の範囲内のものである。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】水溶液中で、2-フェニルエチルアミンとグルコースとからのアマドリ化合物の調製条件を検討した結果(アマドリグリコシドの生成に対する緩衝液の影響)を示す。
【図2】水溶液中で、2-フェニルエチルアミンとグルコースとからのアマドリ化合物の調製条件を検討した結果(アマドリグリコシドの生成に対するリン酸緩衝液のpHの影響)を示す。
【図3】セロビオースのアマドリ化物に対する、サイクロデキストリングルカノトランスフェラーゼによる配糖化産物のMALDI-TOF MSスペクトルを示す。
【図4】セロビオースのアマドリ化物に対して、Endo-Mを作用させて得られた配糖化産物のMALDI-TOF MSスペクトルを示す。
【図5】ペプチド(Boc-VLK-MCA)をアマドリ化して得た産物のMALDI-TOF MSスペクトルを示す。
【図6】トリペプチド(Boc-VLK-MCA)をアマドリ化した産物にEndo-Mを作用させることにより生成した配糖化生成物のMALDI-TOF MSスペクトルを示す。
【図7】ペプチド(Boc-LKR-MCA)をアマドリ化して得た産物のMALDI-TOF MSスペクトルを示す。
【図8】トリペプチド(Boc-LKR-MCA)をアマドリ化した産物にEndo-Mを作用させることにより生成した配糖化生成物のMALDI-TOF MSスペクトルを示す。
【図9】トリペプチド(Boc-GKK-MCA)をアマドリ化して得た産物のMALDI-TOF MSスペクトルを示す。
【図10】トリペプチド(Boc-GKK-MCA)をアマドリ化して得た産物にEndo-Mを作用させることにより生成した配糖化生成物のMALDI-TOF MSスペクトルを示す。
【図11】セロビオースによりリゾチームをアマドリ化して得た産物のMALDI-TOF MSスペクトルを示す。
【図12】アマドリ化リゾチームにEndo-Mを作用させて得られた配糖化されたアマドリ化リゾチームのMALDI-TOF MSスペクトルを示す。
【図13】アマドリ化リゾチームの加水分解性能(反応初速度)の温度依存性試験の結果を示す。
【図14】アマドリ化リゾチームの加水分解性能(変換率)の温度依存性試験の結果を示す。
【図15】リゾチームのアミノ酸配列を示す。
【図16】アマドリ化糖鎖プローブの活用法を示す。
【出願人】 【識別番号】504157024
【氏名又は名称】国立大学法人東北大学
【出願日】 平成19年1月17日(2007.1.17)
【代理人】 【識別番号】100098729
【弁理士】
【氏名又は名称】重信 和男

【識別番号】100097582
【弁理士】
【氏名又は名称】水野 昭宣

【識別番号】100116757
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 英雄

【識別番号】100123216
【弁理士】
【氏名又は名称】高木 祐一

【識別番号】100089336
【弁理士】
【氏名又は名称】中野 佳直

【識別番号】100148161
【弁理士】
【氏名又は名称】秋庭 英樹


【公開番号】 特開2008−173033(P2008−173033A)
【公開日】 平成20年7月31日(2008.7.31)
【出願番号】 特願2007−8056(P2007−8056)