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Jul 05, 2023

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Scientific Reports volume 6、記事番号: 24794 (2016) この記事を引用 9893 アクセス 22 引用 78 Altmetric Metrics の詳細 ホタルの生物発光反応の基質であるホタル ルシフェリン

Scientific Reports volume 6、記事番号: 24794 (2016) この記事を引用

9893 アクセス

22 件の引用

78 オルトメトリック

メトリクスの詳細

発光甲虫の生物発光反応の基質であるホタル ルシフェリンは、自然界ではまれなベンゾチアゾール環を持っています。 ここでは、合成試薬や酵素を使用せずに、p-ベンゾキノンとシステインから中性緩衝液中でホタルルシフェリンを生成する新しいワンポット反応を実証します。 ホタルルシフェリンの形成は、さまざまな中性緩衝液中では収率が低かったが、酸性または塩基性緩衝液、有機溶媒中、または窒素雰囲気下では阻害または完全に防止された。 安定同位体システインを使用したホタルルシフェリンの標識分析により、ベンゾチアゾール環がシステインの脱炭酸および炭素-硫黄結合の再配列を介して形成されることが示されました。 これらの発見は、ホタル ルシフェリンの生合成が、共通の一次生合成単位である p-ベンゾキノンとシステインを使用したホタル ルシフェリンの非酵素的生成から開発/進化できることを示唆しています。

ホタル ルシフェリン (D-ホタル ルシフェリン) は、発光甲虫、ホタル (ヤツメグサ科)、鉄道虫 (フンゴジ科)、およびヒイラミムシ (ホタル科) の生物発光反応に一般的に使用される基質です。 この反応は、ATP、Mg2+、分子酸素 1 の存在下でホタル ルシフェラーゼによって触媒されます。 この発光システムは、リアルタイム遺伝子発現イメージング2など、ライフサイエンスのあらゆる分野で広く使用されています。

天然のホタル ルシフェリンは、北アメリカのホタル Photinus pyralis のランタンから単離され 3、その化学構造は、化学合成4,5。 (R)-エナンチオマー (L-ホタル ルシフェリン) は生物発光反応に対して不活性です 6,7。 ベンゾチアゾール環は、さまざまな生物学的および薬理学的に活性な化合物に見られる一般的な骨格ですが 8、自然界では比較的まれです 9。 このため、化学合成法の開発だけでなく、ベンゾチアゾール化合物の生合成過程の解明にも研究努力が注がれている10、11、12。

McCapra と Razavi は、p-ベンゾキノンとシステインエチルエステル塩酸塩から 6-ヒドロキシベンゾチアゾール-2-カルボン酸エチルを 3 段階で化学合成することを報告し、自然界ではホタルルシフェリンが p-ベンゾキノンとシステインから生合成されることを示唆しました。 我々は最近、安定同位体標識化合物を生きた日本のホタルLuciola ternarisの成体のランタンに注入することにより、1分子のヒドロキノン/p-ベンゾキノンと2分子のL-システインからD-ホタルルシフェリンを生合成できることを明らかにした14。 また、そのベンゾチアゾール環形成には L-システインの脱炭酸が伴うことも示しました14。 しかし、中間体やベンゾチアゾール環形成の転位機構など、ホタルルシフェリンの生合成過程の詳細は不明のままだった。

酵素は水溶液中で作用するため、水溶液中での化学を研究すると、自然界の天然物の合成プロセスについて貴重な洞察が得られます15。 例えば、Vilotijevic と Jamison は、エポキシド開環カスケードが中性水中で起こることを実証し、さまざまな海洋天然物に含まれるラダーポリエーテルの生合成に関する中西の仮説を裏付けました 16。 チャップマンら。 らは、メタノール水溶液中の Pd(II) を使用して 2 分子のカルパシンから天然植物由来生成物であるカルパノンを生体模倣合成したことを報告しました 17,18。 Robinson は、中性水溶液中のスクシンジアルデヒド、メチルアミンおよびアセトンジカルボン酸からのトロピノンのワンポット合成を報告しました 19。 その後の研究により、ロビンソン合成はトロピノン 20 の生合成を模倣していることが明らかになりました。 水中での化学合成も、最近「グリーンケミストリー」の原理の 1 つとして大きな注目を集めており 21、この概念に基づいてさまざまな生理活性化合物の合成に成功したという報告が多数あります 22。