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JP2010030918A - epsilon-N-LUCIFERYLLYSINE COMPOUND, PEPTIDE-LABELING AGENT OBTAINED BY USING THE SAME AND PEPTIDE-LABELING METHOD - Google Patents

epsilon-N-LUCIFERYLLYSINE COMPOUND, PEPTIDE-LABELING AGENT OBTAINED BY USING THE SAME AND PEPTIDE-LABELING METHOD Download PDF

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JP2010030918A
JP2010030918A JP2008192596A JP2008192596A JP2010030918A JP 2010030918 A JP2010030918 A JP 2010030918A JP 2008192596 A JP2008192596 A JP 2008192596A JP 2008192596 A JP2008192596 A JP 2008192596A JP 2010030918 A JP2010030918 A JP 2010030918A
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JP
Japan
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peptide
compound
luciferin
lysine
luminescence
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Pending
Application number
JP2008192596A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shojiro Maki
昌次郎 牧
Satoru Kojima
哲 小島
Haruki Niwa
治樹 丹羽
Sei Kawaguchi
成 河口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kikkoman Corp
University of Electro Communications NUC
Campus Create Co Ltd
Original Assignee
Kikkoman Corp
University of Electro Communications NUC
Campus Create Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a peptide-labeling technique by means of a new ε-N-luciferyllysine compound that can label a peptide or a protein with a label permitting detection utilizing luminescence by a firefly luciferin-photogenic beetle luciferase photogenic system and can adjust the amount of luminescence. <P>SOLUTION: The ε-N-luciferyllysine compound is represented by the general formula of the figure. A peptide labeled with luciferin is prepared by peptide synthesis using the compound as a peptide-labeling agent. Thus, detection of luminescence in the presence of an active substance making luciferin dissociate from the peptide can be performed. R in the general formula is a methyl group and Pv is a hydrogen atom or a fluorenylmethoxycarbonyl group. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、発光甲虫ルシフェラーゼによる発光系の発光基質であるホタルルシフェリンの構造を有する新規なε−N−ルシフェリルリシン化合物、これを用いたペプチド標識剤及びペプチド標識方法に関する。より詳細には、リシン(lysine)のε−アミノ基がルシフェリンと結合した新規なε−N−ルシフェリルリシン化合物、これを用いたペプチド標識剤、及び、ルシフェラーゼ発光による検出を可能とするペプチド標識方法に関する。   The present invention relates to a novel ε-N-luciferyl lysine compound having a structure of firefly luciferin, which is a luminescent substrate of a luminescent system by luminescent beetle luciferase, a peptide labeling agent and a peptide labeling method using the compound. More specifically, a novel ε-N-luciferyl lysine compound in which the ε-amino group of lysine is bound to luciferin, a peptide labeling agent using the compound, and a peptide label that enables detection by luciferase luminescence Regarding the method.

生物発光として有名なホタルの発光は、ホタルルシフェリン−発光甲虫ルシフェラーゼ発光系(ホタル生物発光系)の反応によるものであり、発光基質であるホタルルシフェリンが、ATP及びマグネシウムイオンの存在下でホタルルシフェラーゼによって発光体であるオキシルシフェリンに変換されることによって発光する。ホタル生物発光系は、発光効率が非常に高く、生物発光の分子機構解釈についても研究が進められており、遺伝子組換えベクターや細胞に発光甲虫ルシフェラーゼ遺伝子を導入することによって遺伝子発現・遺伝子導入効率の解析や細胞増殖のモニタリング等に利用できることが知られている。このため、生化学や医学、薬学、免疫学など様々な分野において注目され、応用が検討されつつあり、ホタル生物発光系を利用した多岐にわたる発光材料が様々な企業から提供されている。   Firefly luminescence, which is famous as bioluminescence, is due to the reaction of firefly luciferin-luminescent beetle luciferase luminescence system (firefly bioluminescence system), and the luminescent substrate firefly luciferin is activated by firefly luciferase in the presence of ATP and magnesium ions. Light is emitted by being converted to oxyluciferin, which is a light emitter. The firefly bioluminescence system has very high luminescence efficiency, and research is also underway on the interpretation of the molecular mechanism of bioluminescence. Gene expression and gene transfer efficiency can be achieved by introducing a luminescent beetle luciferase gene into a gene recombination vector or cell. It is known that it can be used for analysis of cell growth and cell growth monitoring. For this reason, attention has been paid in various fields such as biochemistry, medicine, pharmacy, and immunology, and its application is being studied, and a wide variety of luminescent materials using a firefly bioluminescence system are provided by various companies.

近年、モニタリングにおける事象・現象の可視化が重要になり、可視化対象の拡大に伴って標識技術も多様化が求められている。特に、分子イメージングは、診断・検査器機の進歩とも相まって大きく発展し、例えば、ガン、心疾患等の個別化医療等のような先端技術への応用も精力的に研究されている。又、計測技術の進歩に伴って、より高感度・高性能な器機や標識材料へのニーズが急速に高まっている。その一方で、広範なユーザに向けた、適度な性能で安価なシステムに対する製品需要も見込まれており、これを支える安価な新規発光材料のニーズも看過できない。   In recent years, visualization of events and phenomena in monitoring has become important, and the labeling technology has been required to diversify with the expansion of the visualization target. In particular, molecular imaging has developed greatly in conjunction with advances in diagnostics and testing instruments, and for example, its application to advanced technologies such as personalized medicine such as cancer and heart disease has been energetically studied. In addition, with the advancement of measurement technology, the need for more sensitive and high performance instruments and labeling materials is rapidly increasing. On the other hand, product demand for reasonable systems with reasonable performance for a wide range of users is also expected, and the need for inexpensive new light-emitting materials that support this cannot be overlooked.

生物発光系の標識材料に関する従来の技術としては、発光反応に必要な要素(発光基質、ATP、発光酵素等)の何れかが不足する系を作り、標的となる現象が生じる際に前述の不足する要素が補われて発光するように構成したシステムがあり、発光によって標的現象がモニタリングされる。例えば、ルシフェリンのフェノール性水酸基にガラクトースを結合した化合物を用いたシステムが市販されており、この化合物は、ガラクトシダーゼ酵素が作用した時にガラクトースとの結合が切断されて遊離したルシフェリンがルシフェラーゼによって発光するので、ガラクトシダーゼ又はこれと同等の作用をする酵素活性の存在が検出・可視化される(例えば、下記特許文献1参照)。   Conventional technologies related to bioluminescent labeling materials include a system that lacks any of the elements required for the luminescent reaction (luminescent substrate, ATP, luminescent enzyme, etc.), and the aforementioned shortage when a target phenomenon occurs. There is a system that is configured to emit light by supplementing the elements to be monitored, and the target phenomenon is monitored by light emission. For example, a system using a compound in which galactose is bound to the phenolic hydroxyl group of luciferin is commercially available, and this compound has a luciferin that emits light by luciferase when the galactosidase enzyme acts and the bond with galactose is cleaved. The presence of galactosidase or an enzyme activity that acts equivalently is detected and visualized (for example, see Patent Document 1 below).

また、下記特許文献2では、抗原、ハプテン又は抗体を定量するために、これらをリガンドとして酵素−リガンド複合体を構成し、これにルシフェリン誘導体が作用したときに酵素によって脱離するルシフェリンをルシフェラーゼを用いて発光させることによって酵素を検出(つまり、リガンドを検出)することが記載されている。ルシフェリン誘導体として、ルシフェリンのフェノール性水酸基又はカルボキシル基がアミノ酸に結合した発光基質結合アミノ酸化合物が幾つか提示されている。
特開平11−332593号公報 特表昭63−501571号公報
Further, in Patent Document 2 below, in order to quantify antigens, haptens or antibodies, an enzyme-ligand complex is formed using these as ligands, and luciferin that is released by the enzyme when a luciferin derivative acts on this is converted to luciferase. It is described that an enzyme is detected (that is, a ligand is detected) by using it to emit light. Several luminescent substrate-bound amino acid compounds in which the phenolic hydroxyl group or carboxyl group of luciferin is bound to an amino acid have been presented as luciferin derivatives.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-332593 JP-T 63-501571

アミノ酸は生体の構成物質であり、アミノ酸の集合体であるペプチドやタンパク質は、様々な生理活性を有している。従って、ペプチドやタンパク質に関連する現象のモニタリングは様々な生体反応メカニズムの解析において有用である。生物発光によるペプチドやタンパク質のモニタリングを行うには、生物発光系標識材料で標識したペプチド又はタンパク質を調製する必要があり、任意のペプチド又はタンパク質について、任意の標識量で標識したペプチド又はタンパク質を得られる生物発光系標識技術の開発が重要である。   Amino acids are constituents of living bodies, and peptides and proteins that are aggregates of amino acids have various physiological activities. Therefore, monitoring of phenomena related to peptides and proteins is useful in analyzing various biological reaction mechanisms. In order to monitor peptides and proteins by bioluminescence, it is necessary to prepare peptides or proteins labeled with a bioluminescent labeling material. For any peptide or protein, a peptide or protein labeled with an arbitrary labeling amount is obtained. It is important to develop bioluminescent labeling technology.

本発明は、ホタルルシフェリン−発光甲虫ルシフェラーゼ発光系の発光を利用した検出が可能な標識でペプチドやタンパク質を容易に標識することができ、標識量を調節して好適な発光光量を得ることが可能な、ペプチド標識剤として有望な新規なε−N−ルシフェリルリシン化合物を提供することを課題とする。   The present invention can easily label peptides and proteins with a label capable of detection using the light emission of firefly luciferin-luminescent beetle luciferase luminescence system, and can adjust the amount of label to obtain a suitable amount of luminescence Another object of the present invention is to provide a novel ε-N-luciferyl lysine compound that is promising as a peptide labeling agent.

又、本発明は、ペプチドやタンパク質の標識量を調節可能で、それによって発光を好適な画像条件で検出可能なペプチド標識剤を提供することを課題とする。   Another object of the present invention is to provide a peptide labeling agent that can adjust the labeling amount of a peptide or protein and thereby detect light emission under suitable image conditions.

又、本発明は、ホタルルシフェリン−発光甲虫ルシフェラーゼ発光系の発光基質に結合したアミノ酸を標識剤として用いて発光検出による画像モニタリングを行う際に、標識剤の導入量の調整によって適切な光量で検出及び画像モニタリングを行うことが可能なペプチド標識方法を提供することを課題とする。   In addition, the present invention can detect an appropriate amount of light by adjusting the introduction amount of a labeling agent when performing image monitoring by luminescence detection using an amino acid bound to a luminescent substrate of a firefly luciferin-luminescent beetle luciferase luminescence system as a labeling agent. It is another object of the present invention to provide a peptide labeling method capable of performing image monitoring.

上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、発光基質に結合するアミノ酸として2つのアミノ基を有するリシンを利用し、ε−位のアミノ基に発光基質を結合させた化合物を標識剤として用いることによって、ペプチド中に含まれるリシンの一部又は全てが標識されたペプチドとなるため、必要に応じて標識剤の導入量を増減したペプチドを得ることが可能であり、発光光量に関する制限が緩和されることを見出し、本発明を成すに至った。   As a result of diligent studies to solve the above problems, a compound in which lysine having two amino groups is used as an amino acid to be bound to the luminescent substrate and the luminescent substrate is bound to the ε-amino group is used as a labeling agent. By using it, a part or all of the lysine contained in the peptide becomes a labeled peptide, so that it is possible to obtain a peptide with an increased or decreased amount of the labeling agent introduced as necessary, and there is a limit on the amount of emitted light. It was found that it was relaxed, and the present invention was achieved.

本発明の一態様によれば、ε−N−ルシフェリルリシン化合物は、下記一般式で示される。

Figure 2010030918
According to one embodiment of the present invention, the ε-N-luciferyl lysine compound is represented by the following general formula.
Figure 2010030918

(一般式中のRは、メチル基であり、Pvは、水素原子又はフルオレニルメトキシカルボニル基である。)
又、本発明の一態様によれば、ペプチド標識剤は、上記ε−N−ルシフェリルリシン化合物を有する。
(R in the general formula is a methyl group, and Pv is a hydrogen atom or a fluorenylmethoxycarbonyl group.)
Moreover, according to one aspect of the present invention, a peptide labeling agent has the ε-N-luciferyl lysine compound.

又、本発明の一態様によれば、ペプチド標識方法は、上記ε−N−ルシフェリルリシン化合物を用いたペプチド合成によりルシフェリンで標識されたペプチドを調製することによって、前記ペプチドからルシフェリンを解離させる活性の存在下での発光検出を可能とする。   Moreover, according to one aspect of the present invention, the peptide labeling method comprises dissociating luciferin from the peptide by preparing a peptide labeled with luciferin by peptide synthesis using the ε-N-luciferyl lysine compound. Allows detection of luminescence in the presence of activity.

上記発光検出は、発光甲虫ルシフェラーゼ酵素の作用による発光の検出であり、検出可能な発光光量を調節するためにペプチドに組み込まれるε−N−ルシフェリルリシン化合物の量を調整することができる。   The luminescence detection is detection of luminescence by the action of the luminescent beetle luciferase enzyme, and the amount of the ε-N-luciferyl lysine compound incorporated into the peptide can be adjusted in order to adjust the amount of detectable luminescence.

上記ペプチド標識方法において、前記ルシフェリンは、ピロリン酸及びMgイオンの存在下で酸化反応し、これにより発光挙動が安定化し、発光甲虫ルシフェラーゼによる発光強度の定量分析が可能になる。   In the peptide labeling method, the luciferin undergoes an oxidation reaction in the presence of pyrophosphate and Mg ions, thereby stabilizing the luminescence behavior and enabling quantitative analysis of the luminescence intensity by the luminescent beetle luciferase.

上記酸化反応は、発光甲虫ルシフェラーゼ、酸化酵素又は酸化剤を用いて行うことができる。   The oxidation reaction can be performed using a luminescent beetle luciferase, an oxidase, or an oxidizing agent.

本発明によれば、発光甲虫ルシフェラーゼによる発光系の発光基質と、リシンのε−アミノ基とを結合することにより、リシンのα−アミノ基の反応によるペプチド鎖への導入が可能な新規化合物が得られ、この化合物のペプチドへの導入量を調整することによって検出光量を任意に制御可能な、ペプチド標識剤として有望な化合物が提供される。このペプチドへの導入量の設定によって画像モニタリングに適した発光強度を実現可能になるので、画像モニタリングにおける発光光量の調整及び適正化が可能である。   According to the present invention, there is provided a novel compound that can be introduced into a peptide chain by reaction of an α-amino group of lysine by binding a luminescent substrate of a luminescent system by luminescent beetle luciferase and an ε-amino group of lysine. Thus, a promising compound as a peptide labeling agent capable of arbitrarily controlling the amount of light detected by adjusting the amount of this compound introduced into the peptide is provided. The setting of the amount introduced into the peptide makes it possible to realize a light emission intensity suitable for image monitoring, and therefore it is possible to adjust and optimize the light emission amount in image monitoring.

合成反応技術の進歩やペプチド合成装置の開発によって、現在では、予め設定されたアミノ酸配列に従ってアミノ酸からペプチドを合成することが可能であり、任意の天然又は人工のペプチド(高分子量ペプチドであるタンパク質を含む)を調製することができる。従って、標識されたアミノ酸を用いてペプチド合成を行うことによって、標識されたペプチドを得ることができる。   With the progress of synthetic reaction technology and the development of peptide synthesizers, it is now possible to synthesize peptides from amino acids according to a preset amino acid sequence, and any natural or artificial peptide (a protein that is a high molecular weight peptide) Including) can be prepared. Therefore, a labeled peptide can be obtained by performing peptide synthesis using a labeled amino acid.

つまり、アミノ酸に発光基質つまりホタルルシフェリン(以下、ルシフェリンと記す)が結合した化合物を調製し、これを用いてペプチドを合成すれば、発光基質で標識されたペプチドが得られ、このペプチドから発光基質標識が解離したときに発光甲虫ルシフェラーゼ(以下、ルシフェラーゼと記す)による生物発光を検出することによって、ペプチド及び標識解離を生じた酵素活性等の存在がモニターされる。換言すれば、発光基質が結合したアミノ酸は、ペプチドに導入することによってペプチドを標識することができるアミノ酸型ペプチド標識剤として働く。   That is, if a compound in which a luminescent substrate, that is, firefly luciferin (hereinafter referred to as luciferin) is bound to an amino acid is prepared and a peptide is synthesized using this compound, a peptide labeled with the luminescent substrate is obtained, and the luminescent substrate is obtained from this peptide. By detecting bioluminescence by the luminescent beetle luciferase (hereinafter referred to as luciferase) when the label is dissociated, the presence of the peptide and the enzyme activity causing the label dissociation is monitored. In other words, the amino acid to which the luminescent substrate is bound functions as an amino acid type peptide labeling agent that can label the peptide by being introduced into the peptide.

上記アミノ酸型ペプチド標識剤は、カルボキシル基及びα−位のアミノ基以外に、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基などの官能基を有するアミノ酸を用いて発光基質を縮合させることによって調製することができる。このようなアミノ酸には、アスパラギン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン、グルタミン酸、リシン、アルギニン、ヒスチジン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシンがあるが、発光基質との反応性及び標識剤としての応用性の点から、本発明ではリシンを採用し、発光基質であるルシフェリンと縮合させたアミノ酸型ペプチド標識剤を提案する。   The amino acid type peptide labeling agent is prepared by condensing a luminescent substrate using an amino acid having a functional group such as a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, and a carboxyl group in addition to the carboxyl group and the α-position amino group. Can do. Examples of such amino acids include asparagine, aspartic acid, cysteine, glutamine, glutamic acid, lysine, arginine, histidine, serine, threonine, tryptophan, and tyrosine, but they have reactivity with luminescent substrates and applicability as labeling agents. Therefore, in the present invention, an amino acid type peptide labeling agent employing lysine and condensed with luciferin which is a luminescent substrate is proposed.

リシンは、2つのアミノ基を有するアミノ酸である。ルシフェリンとの縮合部位に関しては、リシンのα−位又はε−位のアミノ基とのアミド化及びカルボキシル基とのエステル化があるが、リシンのα−位のアミノ基又はカルボキシル基がルシフェリンと結合した化合物の場合、ペプチドを合成する際にこの化合物からペプチド鎖に組み込み可能なのは、残りのα−アミノ基又はカルボキシル基の一方のみであるので、ペプチドのN末端又はC末端への導入に限定される。つまり、標識剤の適用はペプチド末端の標識に限定され、1つのペプチド鎖に組み込み可能な標識剤は1分子のみである。この場合、標識する分子の分子量が大きい場合や濃度が低い状態での検出の場合、標識剤の存在量が少ないために、発光光量の不足によって検出が困難であったり、明確な発光画像が得られない可能性が生じる。   Lysine is an amino acid having two amino groups. Regarding the condensation site with luciferin, there are amidation with an α-position or ε-position amino group of lysine and esterification with a carboxyl group, but the amino group or carboxyl group of lysine binds to luciferin. In the case of the synthesized compound, only one of the remaining α-amino group or carboxyl group can be incorporated into the peptide chain from the compound when synthesizing the peptide, so that it is limited to introduction into the N-terminus or C-terminus of the peptide. The That is, the application of the labeling agent is limited to labeling at the peptide end, and only one molecule of the labeling agent can be incorporated into one peptide chain. In this case, when the molecular weight of the molecule to be labeled is large or when detection is performed in a low concentration state, the presence of the labeling agent is small, so that detection is difficult due to a lack of the amount of emitted light, or a clear luminescent image is obtained. The possibility that it is not possible arises.

これに比べて、リシンのε−位のアミノ基がルシフェリンと結合したε−N−ルシフェリルリシンは、ペプチド鎖に導入する際にリシンと同様にα−アミノ基及びカルボキシル基がペプチド鎖に組み込まれるので、ペプチド末端に限らず、ペプチド中の任意の位置に組み込むことができる。従って、目的とするペプチドのアミノ酸配列に従って、ペプチドを構成するリシンの一部又は全てをε−N−ルシフェリルリシンで置換したペプチドを得ることができる。つまり、ペプチド中のリシン部位の一部又は全てをルシフェリンで標識したペプチドを得ることができる。また、任意量のε−N−ルシフェリルリシンをペプチド中に導入することができるので、標識の頻度を調節できる。従って、高分子量のペプチドや、低濃度条件にあるペプチドであっても、標識量を増加することによって、発光検出及び画像モニタリングに適した光量を提供可能な標識方法となる。   In comparison, ε-N-luciferyl lysine in which the amino group at the ε-position of lysine is bound to luciferin has an α-amino group and a carboxyl group incorporated into the peptide chain in the same manner as lysine when introduced into the peptide chain. Therefore, it can be incorporated not only at the terminal of the peptide but also at any position in the peptide. Therefore, a peptide obtained by substituting a part or all of lysine constituting the peptide with ε-N-luciferyl lysine according to the amino acid sequence of the target peptide can be obtained. That is, a peptide in which part or all of the lysine site in the peptide is labeled with luciferin can be obtained. In addition, since an arbitrary amount of ε-N-luciferyl lysine can be introduced into the peptide, the frequency of labeling can be adjusted. Therefore, even a high molecular weight peptide or a peptide in a low concentration condition can be a labeling method capable of providing a light amount suitable for luminescence detection and image monitoring by increasing the labeling amount.

以下、本発明に係る新規なε−N−ルシフェリルリシン化合物及びこれをペプチド標識剤として用いるペプチドの標識方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the novel ε-N-luciferyl lysine compound according to the present invention and a peptide labeling method using the compound as a peptide labeling agent will be described in detail.

本発明は、ペプチドの標識剤として有望な新規化合物として、下記式のようなε−N−ルシフェリルリシン化合物を提案する。

Figure 2010030918
The present invention proposes an ε-N-luciferyl lysine compound represented by the following formula as a promising new compound as a peptide labeling agent.
Figure 2010030918

(上記一般式中のRは、メチル基であり、Pvは、水素原子又はフルオレニルメトキシカルボニル基である。)
ホタルルシフェリンのカルボキシル基とリシンエステルのε−位のアミノ基との縮合は、ルシフェリン及びリシンエステルの共存状態で、ルシフェリンのカルボキシル基を緩やかに活性化することによって、リシンエステルのε−アミノ基と縮合して得られる。リシンエステルのε−アミノ基は、α−アミノ基より反応性が高いが、ルシフェリンのカルボキシル基の活性が高いと、リシンエステルの両方のアミノ基がルシフェリンと縮合した化合物が生成するので、緩やかな活性化によって調製する。
(R in the above general formula is a methyl group, and Pv is a hydrogen atom or a fluorenylmethoxycarbonyl group.)
The condensation of the carboxyl group of firefly luciferin and the amino group at the ε-position of the lysine ester is carried out by gently activating the carboxyl group of luciferin in the coexistence state of luciferin and lysine ester. Obtained by condensation. The ε-amino group of the lysine ester is more reactive than the α-amino group. However, when the activity of the carboxyl group of luciferin is high, a compound in which both amino groups of the lysine ester are condensed with luciferin is produced. Prepare by activation.

ε−N−ルシフェリルリシン化合物は、ペプチド合成を行う際にリシンの代替物として用いることによって、ペプチド中のリシンがルシフェリンで標識されたペプチドを得ることができる。つまり、ε−N−ルシフェリルリシン化合物は、ペプチド標識剤として機能する。ε−N−ルシフェリルリシン化合物の使用量によって標識量を調整することができる。ペプチドの合成方法は、既存の有機合成化学による種々の方法及び器機を任意に選択・使用して行えば良く、ペプチド合成装置によって自動的に合成してもよい。ペプチド合成方法として、縮合剤を用いるペプチド形成、活性エステル化法、混合酸無水物法、ライゲーション、固相合成法等が挙げられる。   The ε-N-luciferyl lysine compound can be used as a substitute for lysine when performing peptide synthesis, whereby a peptide in which lysine in the peptide is labeled with luciferin can be obtained. That is, the ε-N-luciferyl lysine compound functions as a peptide labeling agent. The amount of labeling can be adjusted by the amount of ε-N-luciferyl lysine compound used. The peptide synthesis method may be performed by arbitrarily selecting and using various methods and equipment based on existing organic synthetic chemistry, or may be automatically synthesized by a peptide synthesizer. Peptide synthesis methods include peptide formation using a condensing agent, active esterification method, mixed acid anhydride method, ligation, solid phase synthesis method and the like.

定法による有機合成化学的ペプチド合成においてε−N−ルシフェリルリシン化合物をペプチド標識剤として利用する際に、α−アミノ基又はカルボキシル基が保護されている必要がある。特に、α−アミノ基がフリーなアミノ酸はラセミ化し易いので、α−アミノ基を反応させない(カルボキシル基が縮合しペプチド化する)場合はアミノ基の保護が常に必要である。従って、実際にペプチド標識剤としてペプチド合成に供給される化合物としては、メチル基を保護基Rとしてカルボキシル基が保護された化合物や、フルオレニルメトキシカルボニル基を保護基Pvとしてα−アミノ基が保護された化合物が含まれ、このような保護基を有するε−N−ルシフェリルリシン化合物からペプチド合成での使用態様に応じて適宜選択することができる。これらのε−N−ルシフェリルリシン化合物に対して、既知の方法により保護基の導入・脱離を行うことができる。具体的には、カルボキシル基の保護基Rについては、塩酸のアルコール溶液、又は、アルコールと塩化チオニルの反応物を用いて処理することでアルコキシ化され、水素化反応やトリフルオロ酢酸による処理で脱離する。α−アミノ基の保護基Pvについては、アミン存在下でN−(フルオレニルメトキシカルボニルオキシ)コハク酸イミドと反応させることによってフルオレニルメトキシカルボニル基が導入され、ピペリジンによる処理で脱離する。   When an ε-N-luciferyl lysine compound is used as a peptide labeling agent in organic synthetic chemical peptide synthesis by a conventional method, the α-amino group or carboxyl group needs to be protected. In particular, since an amino acid having a free α-amino group is easily racemized, it is always necessary to protect the amino group when the α-amino group is not reacted (the carboxyl group is condensed to form a peptide). Therefore, as a compound that is actually supplied to peptide synthesis as a peptide labeling agent, a compound in which a carboxyl group is protected with a methyl group as a protecting group R, or an α-amino group with a fluorenylmethoxycarbonyl group as a protecting group Pv. A protected compound is included, and an ε-N-luciferyl lysine compound having such a protecting group can be appropriately selected according to the use mode in peptide synthesis. These ε-N-luciferyl lysine compounds can be introduced and desorbed by a known method. Specifically, the protecting group R of the carboxyl group is alkoxylated by treatment with an alcohol solution of hydrochloric acid or a reaction product of alcohol and thionyl chloride, and removed by a hydrogenation reaction or treatment with trifluoroacetic acid. Release. For the protecting group Pv of the α-amino group, a fluorenylmethoxycarbonyl group is introduced by reacting with N- (fluorenylmethoxycarbonyloxy) succinimide in the presence of an amine, and is eliminated by treatment with piperidine. .

上述のようなε−N−ルシフェリルリシン化合物を用いて合成したペプチドは、標識がない同じアミノ酸配列のペプチドと同等の挙動を示し、同様に周囲からの化学的作用及び生化学的作用を受ける。その結果としてペプチドが得た環境中に、例えばアミダーゼの一種であるアシラーゼのような酵素活性あるいは同様の加水分解作用を促す化学環境が存在すれば、ルシフェリン部分とリシン部分とのアミド結合が分解してペプチドからルシフェリンが解離する。従って、解離したルシフェリンをルシフェラーゼを用いて発光検出することによって、ペプチドの挙動・移動や配置が可視化・画像化される。これを利用すれば、例えば、合成ペプチドの機能確認や、挙動、動静の追跡が可能であり、細胞膜等を介する境界内外の移動、局在・分散傾向、他物質との反応・相互作用などの調査が可能である。また、標識ペプチドからルシフェリンを遊離させる加水分解能を有する酵素のアミノ酸配列をコードした遺伝子をベクターに組み込んで細胞中で発現させた場合に、本発明のアミノ酸型標識剤を用いて合成したペプチドを作用させると、ベクターを有する細胞において標識ルシフェリンの遊離が起こるので、これを発光検出することによって遺伝子を追跡でき、遺伝子の導入状態及びその細胞の挙動をモニタリング・画像化できる。   Peptides synthesized using ε-N-luciferyl lysine compounds as described above behave in the same manner as peptides having the same amino acid sequence without labeling, and are similarly subjected to chemical and biochemical effects from the surroundings. . As a result, if there is a chemical environment that promotes enzymatic activity or similar hydrolysis, such as acylase, which is a kind of amidase, in the environment from which the peptide was obtained, the amide bond between the luciferin moiety and the lysine moiety is degraded. Luciferin dissociates from the peptide. Therefore, by detecting luminescence of the dissociated luciferin using luciferase, the behavior, movement and arrangement of the peptide are visualized and imaged. By utilizing this, for example, it is possible to check the function of synthetic peptides and to trace behavior and movement, such as movement inside and outside the boundary through cell membranes, localization / dispersion tendency, reaction / interaction with other substances, etc. Investigation is possible. In addition, when a gene encoding the amino acid sequence of an enzyme having a hydrolytic ability to release luciferin from a labeled peptide is incorporated into a vector and expressed in a cell, the peptide synthesized using the amino acid type labeling agent of the present invention acts. Then, since the release of labeled luciferin occurs in the cell having the vector, the gene can be traced by detecting the luminescence, and the introduction state of the gene and the behavior of the cell can be monitored and imaged.

遊離したルシフェリンの生物発光検出は、発光酵素、酸素及びATPの存在によって可能となるので、これらを含み、pHを適切に調整したルシフェラーゼ組成物を発光キットとして用いることができる。発光系のpHは特に限定しないが4〜10であることが好ましく、より好ましくは6〜8であり、必要に応じて、pHを安定化させるためにリン酸カリウム、トリス塩酸、グリシン、HEPES等の緩衝剤を適宜使用できる。発光系は水性系であるが、親水性有機化合物の存在は許容されるので、例えば、テトラフルオロ酢酸、酢酸、ギ酸等を含有してもよい。   Since the bioluminescence detection of the released luciferin is enabled by the presence of the luminescent enzyme, oxygen and ATP, a luciferase composition containing these and appropriately adjusting the pH can be used as the luminescence kit. The pH of the luminescent system is not particularly limited, but is preferably 4 to 10, more preferably 6 to 8. If necessary, potassium phosphate, Tris-HCl, glycine, HEPES, etc. are used to stabilize the pH. These buffering agents can be used as appropriate. Although the light emitting system is an aqueous system, the presence of a hydrophilic organic compound is allowed, and therefore, for example, tetrafluoroacetic acid, acetic acid, formic acid and the like may be contained.

ルシフェリンは、化学発光による発光検出も可能である。化学発光は、ルシフェリンを酸化して過酸化物を生成することにより、過酸化物の分解物が励起状態の発光種となって起こる。酸化は、DMSO中でt−ブトキシカリウムを用いて空気酸化することによって進行する。従って、このような酸化系が許容される場合は、化学発光による検出・可視化も可能である。   Luciferin can also be detected by chemiluminescence. Chemiluminescence occurs by oxidizing the luciferin to produce a peroxide, and the decomposition product of the peroxide becomes an excited luminescent species. Oxidation proceeds by air oxidation with t-butoxypotassium in DMSO. Therefore, when such an oxidation system is allowed, detection and visualization by chemiluminescence are possible.

従って、本発明のペプチド用標識剤を用いると、上記のような発光形態に基づいて、タンパク質プロセッシング酵素の発現やタンパク量のアッセイ、タンパク質の局在化状態のバイオイメージングができる。また、タンパク質の熟成に必要な糖鎖の付加プロセスをバイオイメージしたり、タンパク質/タンパク質間の相互作用等を観測することも可能である。   Therefore, when the peptide labeling agent of the present invention is used, protein processing enzyme expression, protein amount assay, and protein localization bioimaging can be performed based on the above-described luminescence form. It is also possible to bioimage a sugar chain addition process necessary for protein ripening and to observe protein / protein interactions.

以下、実施例を参照して本発明を詳述する。本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。尚、本願において、「%」は、特に説明がない場合、「質量%」を示すものとする。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. The present invention is not limited in any way by these examples. In the present application, “%” indicates “% by mass” unless otherwise specified.

[ε−N−ルシフェリルリシン メチルエステルの調製]
(D)−ルシフェリン(103.8mg、0.37mmol)、(L)−リシン メチルエステル・二塩酸塩(103.7mg、0.42mmol)及び1−ヒドロキシベンゾトリアゾール(62.3mg、0.46mmol)を含有する無水DMF溶液1.5mlに、N,N−ジイソプロピルエチルアミン(150μl、1.56mmol)を加えた。このD−ルシフェリン溶液を氷浴で冷却しながら、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(99mg、0.52mmol)を含有するクロロホルム溶液1mlを一分間かけて滴下して3時間攪拌した後、室温で14時間攪拌することによって反応させた。尚、反応中の内容物は、HPLCにて分析することによって追跡した。分析条件は以下の通りであり、ε−N−(D)−ルシフェリル−(L)−リシンのメチルエステルは9.0分付近に溶出した。

Figure 2010030918
[Preparation of ε-N-luciferyl lysine methyl ester]
(D) -Luciferin (103.8 mg, 0.37 mmol), (L) -lysine methyl ester dihydrochloride (103.7 mg, 0.42 mmol) and 1-hydroxybenzotriazole (62.3 mg, 0.46 mmol) N, N-diisopropylethylamine (150 μl, 1.56 mmol) was added to 1.5 ml of anhydrous DMF solution containing While cooling this D-luciferin solution in an ice bath, 1 ml of a chloroform solution containing 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (99 mg, 0.52 mmol) was added dropwise over 1 minute. After stirring for 3 hours, the reaction was carried out by stirring for 14 hours at room temperature. The contents during the reaction were traced by analyzing by HPLC. The analysis conditions were as follows, and the methyl ester of ε-N- (D) -luciferyl- (L) -lysine eluted at around 9.0 minutes.
Figure 2010030918

反応溶液に蒸留水30mlを加えて、酢酸エチル30mlで3回抽出した。酢酸エチル抽出液を合わせて無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧濃縮して粗ε−N−(D)−ルシフェリル−(L)−リシンのメチルエステルを得た(純度60−70%)。これは、下記分析条件を用いてカラムにより分離精製し、質量分析及びNMR分析によって確認した。得られた化合物データは以下の通りである。   Distilled water (30 ml) was added to the reaction solution, and extracted with 30 ml of ethyl acetate three times. The ethyl acetate extracts were combined, dried over anhydrous sodium sulfate, and concentrated under reduced pressure to obtain crude ε-N- (D) -luciferyl- (L) -lysine methyl ester (purity 60-70%). This was separated and purified by a column using the following analysis conditions, and confirmed by mass spectrometry and NMR analysis. The obtained compound data is as follows.

<分析条件>
分析カラム:関東化学Mightysil PR-18 GP(H)、250×4.6(5μm)
溶媒:0.05%TFAaq:CH3CN=1:9→9:1(20分)、1:9(20−30分)
流速:1ml/分、カラム温度:20℃
検出:254,330nm(DAD)、510nm(exp.=330nm、FD)
<ε−N−(D)−ルシフェリル−(L)−リシン メチルエステルの化合物データ>
MS(ESI)[M+H];m/z423.1213
1H−NMR(270MHz,CD3OD):δ1.46−1.60(2H,complex),1.65−1.77(2H,complex),1.88−2.00(2H,complex),2.19(2H,t,J=7.5Hz),3.69(1H,d,J=9.7Hz),3.75(1H,d,J=9.7Hz),3.82(3H,s),4.03(1H,dt,J=6.5,2.3Hz)、5.34(1H,t,J=9.7Hz),7.07(1H,dd,J=8.9,2.3Hz),7.34(1H,d,J=2.3Hz),7.90(1H,d,J=8.9Hz)
<Analysis conditions>
Analytical column: Kanto Chemical Mightysil PR-18 GP (H), 250 × 4.6 (5 μm)
Solvent: 0.05% TFAaq: CH3CN = 1: 9 → 9: 1 (20 minutes), 1: 9 (20-30 minutes)
Flow rate: 1 ml / min, column temperature: 20 ° C
Detection: 254, 330 nm (DAD), 510 nm (exp. = 330 nm, FD)
<Compound data of ε-N- (D) -luciferyl- (L) -lysine methyl ester>
MS (ESI) [M + H]; m / z 423.1213
1H-NMR (270 MHz, CD3OD): δ1.46-1.60 (2H, complex), 1.65-1.77 (2H, complex), 1.88-2.00 (2H, complex), 2. 19 (2H, t, J = 7.5 Hz), 3.69 (1H, d, J = 9.7 Hz), 3.75 (1H, d, J = 9.7 Hz), 3.82 (3H, s ), 4.03 (1H, dt, J = 6.5, 2.3 Hz), 5.34 (1H, t, J = 9.7 Hz), 7.07 (1H, dd, J = 8.9, 2.3 Hz), 7.34 (1 H, d, J = 2.3 Hz), 7.90 (1 H, d, J = 8.9 Hz)

[α−N−フルオレニルメトキシカルボニル−ε−N−(D)−ルシフェリル−(L)−リシン メチルエステルの調製]
実施例2で得たε−N−(D)−ルシフェリル−(L)−リシン メチルエステル(50mg、0.12mmol)、ジクロロメタン1ml及びクロロギ酸9−フルオレニルメチル(151.2mg、0.58mmol)を混合溶解した。次いで、N,N−ジイソプロピルエチルアミン(200μl、2.08mmol)を滴下し、室温で3時間攪拌した。反応中の内容物は、実施例1と同様の分析条件でHPLCにて原料の消失を確認した後、
蒸留水30mlを加え、酢酸エチル30mlで3回抽出した。酢酸エチル抽出液を合わせて無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧濃縮して粗α−N−フルオレニルメトキシカルボニル−ε−N−(D)−ルシフェリル−(L)−リシンを得た。これは、同析条件を用いてカラムにより分離精製し、質量分析によって確認した。得られた化合物データは以下の通りである。
[Preparation of α-N-fluorenylmethoxycarbonyl-ε-N- (D) -luciferyl- (L) -lysine methyl ester]
Ε-N- (D) -Luciferyl- (L) -lysine methyl ester obtained in Example 2 (50 mg, 0.12 mmol), 1 ml of dichloromethane and 9-fluorenylmethyl chloroformate (151.2 mg, 0.58 mmol) ) Were mixed and dissolved. Then, N, N-diisopropylethylamine (200 μl, 2.08 mmol) was added dropwise and stirred at room temperature for 3 hours. After confirming the disappearance of the raw material by HPLC under the same analysis conditions as in Example 1, the contents during the reaction were
30 ml of distilled water was added and extracted three times with 30 ml of ethyl acetate. The ethyl acetate extracts were combined, dried over anhydrous sodium sulfate, and concentrated under reduced pressure to obtain crude α-N-fluorenylmethoxycarbonyl-ε-N- (D) -luciferyl- (L) -lysine. This was separated and purified by a column using the same analysis conditions and confirmed by mass spectrometry. The obtained compound data is as follows.

<α−(N−フルオレニルメトキシカルボニル)−ε−(D)−ルシフェリル−(L)−リシン メチルエステルの化合物データ>
MS(ESI)[M+Na];m/z667.0852
MS(ESI)[M+K];m/z683.0740
<Compound data of α- (N-fluorenylmethoxycarbonyl) -ε- (D) -luciferyl- (L) -lysine methyl ester>
MS (ESI) [M + Na + ]; m / z 667.0852
MS (ESI) [M + K + ]; m / z 683.0740

Claims (4)

下記一般式で示されるε−N−ルシフェリルリシン化合物。
Figure 2010030918
(一般式中のRは、メチル基であり、Pvは、水素原子又はフルオレニルメトキシカルボニル基である。)
An ε-N-luciferyl lysine compound represented by the following general formula.
Figure 2010030918
(R in the general formula is a methyl group, and Pv is a hydrogen atom or a fluorenylmethoxycarbonyl group.)
請求項1記載のε−N−ルシフェリルリシン化合物を有するペプチド標識剤。   A peptide labeling agent having the ε-N-luciferyl lysine compound according to claim 1. 請求項1記載のε−N−ルシフェリルリシン化合物を用いたペプチド合成によりルシフェリンで標識されたペプチドを調製することによって、前記ペプチドからルシフェリンを解離させる活性の存在下での発光検出を可能とするペプチド標識方法。   By preparing a peptide labeled with luciferin by peptide synthesis using the ε-N-luciferyl lysine compound according to claim 1, it is possible to detect luminescence in the presence of an activity to dissociate luciferin from the peptide. Peptide labeling method. 前記発光検出は、発光甲虫ルシフェラーゼ酵素の作用による発光の検出であり、検出可能な発光光量を調節するためにペプチドに組み込まれるε−N−ルシフェリルリシン化合物の量を調整する請求項3記載のペプチド標識方法。   The luminescence detection is detection of luminescence by the action of a luminescent beetle luciferase enzyme, and the amount of ε-N-luciferyl lysine compound incorporated into a peptide is adjusted in order to adjust the amount of detectable luminescence. Peptide labeling method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115372341A (en) * 2022-05-14 2022-11-22 西北工业大学深圳研究院 Bioluminescence detection system and application method of bacterial cell wall nascent peptidoglycan constructed by D-lysine derivatives

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2719703A1 (en) * 2012-10-12 2014-04-16 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Precursor molecule for the synthesis of D-luciferin
WO2014057139A3 (en) * 2012-10-12 2015-01-08 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Precursor molecule for the synthesis of d-luciferin
CN115372341A (en) * 2022-05-14 2022-11-22 西北工业大学深圳研究院 Bioluminescence detection system and application method of bacterial cell wall nascent peptidoglycan constructed by D-lysine derivatives

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