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動的コンビナトリアルケミストリー(DCC )は、構成動的化学(CDC )としても知られ、熱力学的制御下での単純な構成要素の可逆的な反応によって形成される新しい分子の生成法である。[3] [4]これらの可逆的に相互変換する構成要素のライブラリ(さらなる説明が必要)は、動的コンビナトリアルライブラリ(DCL )と呼ばれる。[5] [6] DCL内のすべての構成要素は平衡状態にあり、その分布はDCL内での熱力学的安定性によって決定される。これらの構成要素の相互変換には、共有結合または非共有結合の相互作用が関与する可能性がある。DCLが外部の影響(タンパク質や核酸など)にさらされると、平衡が変化し、外部の影響と相互作用する構成要素が安定化および増幅され、より多くの活性化合物が形成されるようになる。
歴史

現代的な定義によれば、動的コンビナトリアル化学は、一般的に、熱力学的制御下で単純な構成要素の可逆的な結合によって新しい化学種の生成を促進する方法であると考えられている。[4]この原理は、多数の成分の平衡混合物から最も熱力学的に安定な生成物を選択することで知られており、合成化学で反応選択性の制御を指示するために一般的に使用されている概念である。[7]このアプローチは、フィッシャー[8]とヴェルナー[9]の研究で19世紀初頭に使用されていたと主張されているが、彼らの炭水化物と錯体化学の研究は初歩的な推測に限られており、現代の熱力学の理論的根拠が必要であった。[10] [11]超分子化学によって分子認識、相補性、自己組織化の初期の概念が明らかになって初めて、化学者は高分子ターゲットの合理的な設計と合成の戦略を採用し始めることができた。[12]テンプレート合成の概念は、1960 年代の Busch の先駆的な研究を通じてさらに発展し、合理化されました。この研究では、金属イオンテンプレートが目的の「熱力学的」生成物を安定化する役割を明確に定義し、複雑な平衡混合物からその生成物を分離できるようにしました。[13] [14] Busch の研究は、テンプレート法を安定した大環状構造の強力な合成ルートとして確立するのに役立ちましたが、このアプローチは、Sanders らが動的コンビナトリアル化学の概念を初めて提唱した 1990 年代初頭まで、無機化学の領域に限定されていました。[4]彼らの研究では、熱力学的テンプレートとコンビナトリアル化学を連携させて組み合わせ、シンプルな構成要素を適度に選択して、複雑なポルフィリンとイミンの大環状化合物の混合物を生成しました。
サンダースはその後、この動的コンビナトリアルケミストリーの初期の成果を有機合成戦略として発展させました。最初の例は、熱力学的に制御されたオリゴコール酸のマクロラクトン化により、成分交換による相互変換が可能な環状ステロイド由来のマクロサイクルを組み立てたことです。[15] サンダースらによる初期の研究では、動的コンビナトリアルライブラリを生成するためにエステル交換反応が用いられました。今にして思えば、エステル交換反応は本質的に遅く、強力な無水条件を必要とするため、成分交換の媒介としてエステルが選択されたことは不運でした。[4]しかし、その後の研究で、ジスルフィド結合とヒドラゾン結合の両方が効果的な成分交換プロセスを示すことが明らかになり、熱力学的テンプレート化が可能な動的コンビナトリアルライブラリを生成するための信頼性の高い手段となります。この化学は現在、発展途上の動的共有結合化学分野における多くの研究の基礎となっており、近年では分子受容体の発見のための強力なツールとして浮上しています。
タンパク質指向性
DCC分野における重要な開発の一つは、タンパク質(または核酸などの他の生物学的高分子)を使用して、DCL内の成分の進化と生成に影響を与えることである。[16] [17] [18] [19] [20] [21]タンパク質標的DCCは、新規タンパク質リガンドを生成、識別、ランク付けする方法を提供するため、酵素阻害や創薬の分野で大きな可能性を秘めている。[22]
可逆的な共有結合反応
タンパク質を標的としたDCCの開発は、用いられる可逆反応が生物学的pHと温度の水溶液中で起こらなければならず、またDCLの成分がタンパク質と適合していなければならないため、簡単ではありませんでした。[16] [22]
タンパク質誘導性DCCにおいては、いくつかの可逆反応が提案・応用されている。これらには、ボロン酸エステル形成、[23] [24] [25]、ジセレニド-ジスルフィド交換、[26]、ジスルフィド形成、[27] [28] [29]、ヘミチオラセタール形成、[30] [31] 、ヒドラゾン形成、[32] [33]、イミン形成[34] [35] [36] 、チオール-エノン交換[37]などが含まれる。
事前平衡化DCL
水性緩衝液中では起こらない可逆反応には、前平衡化DCC法が用いられる。DCLはまず有機溶媒中で生成(または前平衡化)され、その後、選択対象となるタンパク質を含む水性緩衝液に希釈される。Diels -Alder反応[38]やアルケンクロスメタセシス反応[39]などの有機溶媒をベースとする可逆反応は、この方法を用いたタンパク質誘導DCCに提案または適用されている。
可逆的な非共有結合反応
金属-リガンド配位[40] [41]などの可逆的な非共有結合反応も、タンパク質標的DCCに応用されている。この戦略は、標的タンパク質の結合部位における最適なリガンド立体化学の探索に有用である。[42]
酵素触媒による可逆反応
プロテアーゼ触媒アミド結合形成/加水分解反応[43]やアルドラーゼ触媒アルドール反応[ 44] [45]などの酵素触媒可逆反応もタンパク質誘導DCCに応用されている。
分析方法
タンパク質標的DCCシステムは、効率的なスクリーニングに適応できる必要がある。[16] [22]タンパク質標的DCLの分析には、HPLC、[27] [31] [32] [35] 質量分析、[24] [28 ] [29] [ 33] NMR分光法、[23] [25] [30 ] およびX線結晶構造解析など、いくつかの分析技術が適用されている。[46]
多タンパク質アプローチ
これまでのタンパク質標的DCCの応用のほとんどは、DCLで単一のタンパク質を使用することでしたが、DCL成分と相互作用するタンパク質種を検出するための適切な分析技術が利用可能である限り、複数のタンパク質を同時に使用してタンパク質リガンドを同定することが可能です。[47]このアプローチは、特定の阻害剤または広域スペクトルの酵素阻害剤を同定するために使用できます。
その他のアプリケーション
DCCは、特殊な結合特性を持つ分子の同定に有用であり、他の方法では容易にアクセスできない複雑な分子の合成経路を提供します。これには、スマートマテリアル、フォルダマー、連結構造を持つ自己組織化分子、新しいソフトマテリアルなどが含まれます。[4]揮発性 生理活性化合物の検出、すなわち匂いの増幅とセンシングへのDCCの応用が、コンセプトペーパーで提案されました。[48]最近、DCCは生命の非生物的起源の研究にも使用されています。[49]
参照
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外部リンク
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