ホスホリミダゾリドは、イミダゾール環の窒素原子にホスホリルモノエステルが共有結合した化合物です。ホスホラミデートの一種です。これらのリン(V)化合物は、リン酸モノエステルと新たなホスホアンヒドリド結合を形成するための試薬として、また、酵素触媒によるいくつかの変換反応におけるホスホリル基転移反応の反応中間体として用いられています。また、生命誕生以前の環境におけるヌクレオチドの重合における重要な化学中間体としても研究されています。[1]これらは、ホスホリミダゾリデート、イミダゾール活性化ホスホリル基、P-イミダゾリドと呼ばれることもあります。[要出典]
オリゴヌクレオチド形成における役割
ホスホリミダゾリドは、生命が非生物から発生する自然現象であるアビオジェネシスにおけるそのメカニズム的役割について研究されてきた。具体的には、酵素の出現以前に、ヌクレオチド間リン酸ジエステル結合の形成を媒介し、鋳型指向性オリゴヌクレオチド複製を可能にした可能性のある活性求電子種として提案されてきた。ホスホリミダゾリドは、 1968年にレスリー・オーゲルによってこの過程の媒介物として最初に提案された。[2]初期の研究では、短いオリゴヌクレオチドの形成には、Mg 2+、Zn 2+、Pb 2+などの二価金属陽イオンと相補的な鋳型が必要であることが示されたが、ヌクレオチドは現代の生命体の5'-3'結合ではなく、5'-2'結合を示していた。また、モンモリロナイト粘土は、20～50塩基長のホスホリミダゾリド媒介オリゴヌクレオチド形成のための表面を提供できることも示されました。[3]
ジャック・W・ショスタックの研究グループは、ホスホリミダゾリドがプレバイオティックヌクレオチド重合において果たす役割について研究を続けてきました。同グループは、遺伝情報の伝播に必要なより長いオリゴヌクレオチドを提供する化学構造を探索するため、様々なイミダゾール誘導体を研究してきました。[1]特筆すべきことに、彼らはホスホリミダゾリドがイミダゾリウム架橋ジヌクレオチド中間体を介して鋳型特異的なオリゴヌクレオチド形成を促進することを発見しました。[4]
ジョン・D・サザーランドとその同僚は、地球初期の化学環境において、メチルイソシアネートとアセトアルデヒドによるリボヌクレオチドリン酸の活性化とそれに続くイミダゾールによる置換によってホスホリミダゾリドが形成された可能性があると提唱している。[5]
リン酸無水物結合の形成
ヌクレオチドのホスホリミダゾリド誘導体に関する初期の研究では、相補的な鋳型の存在下でオリゴヌクレオチドが形成可能であることが明らかにされていたが、鋳型がない場合には主にピロリン酸結合二量体が形成されることが示された。[2]この新たなホスホアンヒドリド結合を形成する性質は、いくつかのピロリン酸含有有機化合物の合成に利用されてきた。シアノエチル基で保護されたホスホリミダゾリド試薬を用いて、様々な修飾ヌクレオチド三リン酸が合成された。[ 6] ホスホアンヒドリド結合形成反応は、N,N-ジメチルホルムアミドなどのアミド系有機溶媒中、特にMg 2+またはZn 2+触媒を用いたN,N-ジメチルアセトアミド中で最も速く進行することがわかった。[7]
合成
ホスホリミダゾリド試薬はリン酸モノエステルから合成されている。[要出典]
一つの方法では、リン酸モノエステルを無水ピリジン[8]またはN,N-ジメチルホルムアミド（DMF）に溶解し、トリエチルアミン（TEA）塩基および過剰のイミダゾール存在下で、トリフェニルホスフィン（PPh 3）および2,2'-ジチオジピリジン（2,2'-DTDP）を用いて活性化する。試薬数が少ない別の方法では、リン酸モノエステルをDMFに溶解し、カルボニルジイミダゾール（CDI）を用いてリン酸基から酸素原子を除去し、イミダゾール置換基を供給する。どちらの反応でも、生成物はアセトニトリルまたはアセトンを貧溶媒として、過塩素酸ナトリウムまたは過塩素酸リチウムを用いて沈殿させることで回収でき、それぞれホスホリミダゾリドのナトリウム塩またはリチウム塩が得られる。あるいは、TEAB緩衝液とアセトニトリルを用いた逆相フラッシュカラムクロマトグラフィーによってホスホリミダゾリドを単離することもできる。[9]
参考文献
- ^ ab Walton, Travis; Zhang, Wen; Li, Li; Pong Tam, Chun; Szostak, Jack (2019). 「イミダゾール活性化ヌクレオチドによる非酵素的テンプレートコピーのメカニズム」. Angewandte Chemie International Edition . 58 (32): 10812– 10819. doi : 10.1002/anie.201902050 . PMID 30908802.
- ^ ab Weimann, B.; Lohrmann, R.; Orgel, L.; Schneider-Bernloehr, H.; Sulston, J. (1968). 「アデノシン-5'ホスホリミダゾリドを用いたテンプレート指向合成」. Science . 161 (3839): 387. Bibcode :1968Sci...161..387W. doi :10.1126/science.161.3839.387. JSTOR 1724244. PMID 5661298. S2CID 35649008.
- ^ Ferris, James; Hill, Aubrey; Liu, Rihe; Orgel, Leslie (1996). 「鉱物表面における長鎖プレバイオティックオリゴマーの合成」 . Nature . 381 (6577): 59– 61. Bibcode :1996Natur.381...59F. doi :10.1038/381059a0. hdl : 2060/19980119839 . PMID 8609988. S2CID 4351826.
- ^ Walton, Travis; Szostak, Jack (2016). 「非酵素的RNAプライマー伸長における高反応性イミダゾリウム架橋ジヌクレオチド中間体」. Journal of the American Chemical Society . 138 (36): 11996– 12002. Bibcode :2016JAChS.13811996W. doi :10.1021/jacs.6b07977. PMC 6326528. PMID 27552367 .
- ^ Mariani, Angelica; Russell, David; Javelle, Thomas; Sutherland, John (2018). 「光放出性潜在的プレバイオティクスヌクレオチド活性化剤」. Journal of the American Chemical Society . 140 (28): 8657– 8661. Bibcode :2018JAChS.140.8657M. doi :10.1021/jacs.8b05189. PMC 6152610. PMID 29965757 .
- ^ マルウィナ、ストレンコウスカ;ワナット、プシェミスワフ。ジエムニアック、マルシン。ジェミリティ、ヤチェク。ジョアンナ・コワルスカ (2012)。 「シアノエチル P-イミダゾリドとマイクロ波を使用した合成的に困難なヌクレオチドの調製」。有機的な文字。14 (18): 4782–4785。土井:10.1021/ol302071f。PMID 22966945。
- ^ Marmelstein, Alan; Morgan, Jeremy; Penkert, Martin; Rogerson, Daniel; Chin, Jason; Krause, Eberhard; Fiedler, Dorothea (2018). 「選択的リン酸化タンパク質誘導体化によるピロリン酸化」. Chemical Science . 9 (27): 5929– 5936. doi : 10.1039/C8SC01233D . PMC 6050540. PMID 30079207 .
- ^ 向山 輝明; 橋本 光則 (1972). 「酸化還元縮合によるオリゴチミジル酸エステルおよびヌクレオシド環状リン酸エステルの合成」.アメリカ化学会誌. 94 (24): 8528– 8532. Bibcode :1972JAChS..94.8528M. doi :10.1021/ja00779a039. PMID 4638982.
- ^ Li, Li; Prywes, Noam; Pong Tam, Chun; O'Flaherty, Derek; Lelyveld, Victor; Igzu, Enver; Pal, Ayan; Szostak, Jack (2017). 「2-アミノイミダゾール活性化ヌクレオチドによる非酵素的RNAコピーの強化」. Journal of the American Chemical Society . 139 (5): 1810– 1813. Bibcode :2017JAChS.139.1810L. doi : 10.1021/jacs.6b13148 . PMC 6326525. PMID 28117989 .
