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JP7606207B2 - Cyclic diselenide compound, protein folding agent, and protein folding method - Google Patents
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Cyclic diselenide compound, protein folding agent, and protein folding method Download PDF

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特許法第30条第2項適用 2019年(令和元年)12月5日 第46回有機典型元素化学討論会 要旨集にて発表 2019年(令和元年)12月5日~7日 第46回有機典型元素化学討論会にて発表 2020年(令和2年)7月13日 Chem Asian J.2020,15,2646-2652にて発表 2020年(令和2年)8月17日 https://www.u-tokai.ac.jp/academics/undergraduate/science/news/detail/chemistry-_an_asian_journalvery_important_paper.htmlにて発表Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act December 5, 2019 (Reiwa 1) Presented at the 46th Organic Representative Element Chemistry Conference Abstracts December 5-7, 2019 (Reiwa 1) Presented at the 46th Organic Representative Element Chemistry Conference July 13, 2020 Chem Asian J. Published on 2020, 15, 2646-2652 August 17, 2020 https://www. u-tokai. ac. jp/academics/undergraduate/science/news/detail/chemistry-an_asian_journal_important_paper.html

本発明は、タンパク質フォールディング触媒活性を有する環状ジセレニド化合物に関する。さらに本発明は、タンパク質フォールディング剤、及びタンパク質のフォールディング方法に関する。 The present invention relates to a cyclic diselenide compound having protein folding catalytic activity. The present invention further relates to a protein folding agent and a protein folding method.

合成されたポリペプチド鎖は、正しい立体構造へ折りたたまる(フォールディングする)ことにより生理活性を発現する。フォールディングは、システイン残基間のジスルフィド(S-S)関連反応、すなわちS-S形成反応およびS-S異性化反応が連動するものであり、酸化的フォールディングとも呼ばれる。しかし、試験管内において酸化的フォールディング反応を行う場合には、タンパク質分子どうしが複雑に絡み合って凝集体として沈殿したり、S-S結合の掛け違いによるミスフォールド体が生成したりする場合があるため、効率よく目的タンパク質を得ることが困難となる場合が多い。このようなタンパク質フォールディングにおける問題を解決するため方法としては、以下の(1)~(7)に記載の方法が報告されている。 The synthesized polypeptide chains express physiological activity by folding into the correct three-dimensional structure. Folding is a process in which disulfide (S-S)-related reactions between cysteine residues, i.e., S-S formation reactions and S-S isomerization reactions, are linked, and is also called oxidative folding. However, when oxidative folding reactions are performed in a test tube, protein molecules may become intricately entangled and precipitate as aggregates, or misfolded bodies may be produced due to mismatched S-S bonds, making it often difficult to efficiently obtain the target protein. The following methods (1) to (7) have been reported as methods for solving such problems in protein folding.

(1)酸化型グルタチオン(GSSG)および還元型グルタチオン(GSH)の混合溶液を用いたフォールディング方法(非特許文献1~4)
グルタチオンは生体内にも存在する酸化還元化合物であり、安価に入手することができることから、広くフォールディング試薬として用いられる。酸化活性を有するGSSGはポリペプチド鎖中のチオール基をジスルフィド結合へと変換する反応(つまりS-S形成反応)を促進する。一方でGSHは掛け違えたタンパク質分子内のS-S結合を一時的に切断し、正しい位置のS-S結合に架け替える反応(つまりS-S異性化反応)を促進する。故に、適切な成分比でこれらを混合した溶液中にタンパク質のS-S結合を開裂した還元型タンパク質(R)を溶解することで、Rは徐々に天然構造(N)にフォールディングする。
(1) Folding method using a mixed solution of oxidized glutathione (GSSG) and reduced glutathione (GSH) (Non-Patent Documents 1 to 4)
Glutathione is a redox compound that exists in the body and is inexpensively available, so it is widely used as a folding reagent. GSSG, which has oxidizing activity, promotes the reaction of converting thiol groups in polypeptide chains into disulfide bonds (i.e., S-S formation reaction). On the other hand, GSH promotes the reaction of temporarily cleaving misaligned S-S bonds in protein molecules and replacing them with S-S bonds in the correct position (i.e., S-S isomerization reaction). Therefore, by dissolving a reduced protein (R) in which the S-S bonds of a protein have been cleaved in a solution in which these are mixed in an appropriate component ratio, R gradually folds into the native structure (N).

(2)水溶性チオール試薬を用いたフォールディング方法(非特許文献5~8)
S-S異性化能力の低いGSHの代替分子として、様々な有機チオール分子が開発されている。いずれも、タンパク質S-S結合に対するチオール(SH)部分の求核性を向上させるような分子設計がなされており、GSHの代わりにこれらの試薬を添加することによって、酸化的フォールディングの速度を向上することができる。
(2) Folding method using water-soluble thiol reagents (Non-Patent Documents 5 to 8)
As alternatives to GSH, which has a low S-S isomerization ability, various organic thiol molecules have been developed. All of them are designed to improve the nucleophilicity of the thiol (SH) moiety for protein S-S bonds, and the rate of oxidative folding can be improved by adding these reagents instead of GSH.

(3)水溶性セレノキシド試薬を用いたフォールディング方法(非特許文献9)
GSSGの酸化活性の低さは、酸化的フォールディング反応の速度を遅らせる決定的な要因の一つである。S-S結合を迅速に完結させるため、高い酸化能力を有する水溶性セレノキシド試薬が開発され、タンパク質フォールディングに応用されている。
(3) Folding method using a water-soluble selenoxide reagent (Non-Patent Document 9)
The low oxidative activity of GSSG is one of the decisive factors slowing down the rate of the oxidative folding reaction. To rapidly complete the S-S bonds, water-soluble selenoxide reagents with high oxidative activity have been developed and applied to protein folding.

(4)水溶性ジセレニド試薬を用いたフォールディング方法(非特許文献10及び11)
S-S形成能力の低いGSSGの代替分子として、S-S結合の代わりにジセレニド(Se-Se)結合を有する試薬が開発されている。Se-Se結合は高いS-S形成能力を有するだけでなく、S-S形成反応の副生成物として生じるセレノール(SeH)基が非常に高い求核性を有することから、タンパク質中で掛け違えたS-S結合を一時的に切断して組み換える反応(つまりS-S異性化反応)を効果的に促進することができる。
(4) Folding method using a water-soluble diselenide reagent (Non-Patent Documents 10 and 11)
As an alternative molecule to GSSG, which has a low S-S forming ability, a reagent that has a diselenide (Se-Se) bond instead of an S-S bond has been developed. Not only does the Se-Se bond have a high S-S forming ability, but the selenol (SeH) group generated as a by-product of the S-S forming reaction has a very high nucleophilicity, so it can effectively promote the reaction of temporarily cleaving and recombining mismatched S-S bonds in proteins (i.e., S-S isomerization reaction).

(5)凝集抑制剤(非特許文献12)
タンパク質のフォールディングではタンパク質の凝集体形成による収率低下が大きな問題となる。そのため従来においては、尿素やグアニジンなどの凝集抑制剤が用いられてきた。しかし、これらは、タンパク質の構造崩壊(アンフォールディング)も同時に引きを超すため、構造形成(フォールディング)を達成させるための試薬としては相反する性質を持つ。
(5) Aggregation inhibitors (Non-Patent Document 12)
In protein folding, a major problem is the loss of yield due to the formation of protein aggregates. For this reason, aggregation inhibitors such as urea and guanidine have been used in the past. However, these also cause the collapse of protein structure (unfolding), making them incompatible with the use of these agents to achieve protein structure formation (folding).

(6)凝集抑制能を包含するチオール分子(非特許文献13及び特許文献1)
ウレア型チオール分子は、フォールディング促進能を持つGSHの代替分子であり、凝集抑制効果も発揮する。
(6) Thiol molecules having aggregation inhibitory properties (Non-Patent Document 13 and Patent Document 1)
Urea-type thiol molecules are substitutes for GSH that have folding-promoting properties and also exhibit aggregation-inhibiting effects.

(7)Protein Disulfide Isomerase触媒の添加(非特許文献14)
Protein Disulfide Isomerase(PDI)は生体内のタンパク質の酸化的フォールディングを促進する酵素であり、試験管内においても高い凝集抑制効果と酸化的フォールディングの触媒活性を示す。よって、PDIがタンパク質合成に用いられる場合がある。
(7) Addition of Protein Disulfide Isomerase Catalyst (Non-Patent Document 14)
Protein disulfide isomerase (PDI) is an enzyme that promotes the oxidative folding of proteins in vivo, and exhibits high aggregation suppression effect and catalytic activity of oxidative folding even in a test tube. Therefore, PDI is sometimes used for protein synthesis.

特開2019-210258号公報JP 2019-210258 A

Lyles, M. M., and Gilbert, H. F. (1991) Catalysis of the oxidative folding of ribonuclease A by protein disulfide isomerase: dependence of the rate on the composition of the redox buffer. Biochemistry 30, 613-619.Lyles, M. M., and Gilbert, H. F. (1991) Catalysis of the oxidative folding of ribonuclease A by protein disulfide isomerase: dependence of the rate on the composition of the redox buffer. Biochemistry 30, 613-619. Hevehan, D. L., and Clark, E. D. B. (1997) Oxidative renaturation of lysozyme at high concentrations. Biotechnol. Bioeng. 54, 221-230.Hevehan, D. L., and Clark, E. D. B. (1997) Oxidative renaturation of lysozyme at high concentrations. Biotechnol. Bioeng. 54, 221-230. Gurbhele-Tupkar, M. C., Perez, L. R., Silva, Y., and Lees, W. J. (2008) Rate enhancement of the oxidative folding of lysozyme by the use of aromatic thiol containing redox buffers. Bioorg. Med. Chem. 16, 2579-2590.Gurbhele-Tupkar, M. C., Perez, L. R., Silva, Y., and Lees, W. J. 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(2009) Comparison of the oxidative folding of lysozyme at a high protein concentration using aromatic thiols versus glutathione. J. Biotechnol. 142, 214-219.Madar, D. J., Patel, A. S., and Lees, W. J. (2009) Comparison of the oxidative folding of lysozyme at a high protein concentration using aromatic thiols versus glutathione. J. Biotechnol. 142, 214-219. Potempa, M., Hafner, M., and Frech, C. (2010) Mechanism of Gemini Disulfide Detergent Mediated Oxidative Refolding of Lysozyme in a New Artificial Chaperone System. Protein J. 29, 457-465.Potempa, M., Hafner, M., and Frech, C. (2010) Mechanism of Gemini Disulfide Detergent Mediated Oxidative Refolding of Lysozyme in a New Artificial Chaperone System. Protein J. 29, 457-465. Iii, J. C. L., Andersen, K. A., Wallin, K. K., and Raines, R. T. (2014) Organocatalysts of oxidative protein folding inspired by protein disulfide isomerase. Org. Biomol. Chem. 12, 8598-8602.Iii, J. C. L., Andersen, K. A., Wallin, K. K., and Raines, R. T. 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(2018) Characterization and optimization of two-chain folding pathways of insulin via native chain assembly. Commun. Chem. 1, 1-11.Arai, K., Takei, T., Shinozaki, R., Noguchi, M., Fujisawa, S., Katayama, H., Moroder, L., Ando, S., Okumura, M., Inaba, K., Hojo, H., and Iwaoka, M. (2018) Characterization and optimization of two-chain folding pathways of insulin via native chain assembly. Commun. Chem. 1, 1-11.

上記の「(1)酸化型グルタチオン(GSSG)および還元型グルタチオン(GSH)の混合溶液を用いたフォールディング方法(非特許文献1~4)」においては、GSSGのS-S形成能力およびGSHのS-S異性化能力は高くはなく、タンパク質基質に対して大量の試薬の添加が必要になる上に、酸化的フォールディングを達成するには数時間~数十時間要する場合があった。
上記の「(2)水溶性チオール試薬を用いたフォールディング方法(非特許文献5~8)」においても、タンパク質基質に対して大量の試薬の添加が必要であり、コスト面と精製工程での非効率化が懸念される。
In the above-mentioned "(1) folding method using a mixed solution of oxidized glutathione (GSSG) and reduced glutathione (GSH) (Non-Patent Documents 1 to 4)", the S-S forming ability of GSSG and the S-S isomerization ability of GSH are not high, and it is necessary to add a large amount of reagent to the protein substrate, and it may take several hours to several tens of hours to achieve oxidative folding.
The above-mentioned “(2) folding method using a water-soluble thiol reagent (Non-Patent Documents 5 to 8)” also requires the addition of a large amount of reagent to the protein substrate, which raises concerns about the cost and inefficiency of the purification process.

上記の「(3)水溶性セレノキシド試薬を用いたフォールディング方法」においては、この試薬を用いた場合、S-S異性化反応が進行する前にでたらめな位置でS-S結合が架橋されたミスフォールディング体を大量に生成させるため、正しい立体構造(天然構造(N))を有る生理活性タンパク質を得ることはできない。
上記の「(4)水溶性ジセレニド試薬を用いたフォールディング方法(非特許文献10及び11)」においても、タンパク質基質に対して大量の試薬を添加する必要があり、コスト面と精製工程での非効率化が懸念される。さらに、従来分子は後述する凝集抑制活性を有さない。
In the above-mentioned "(3) folding method using a water-soluble selenoxide reagent", when this reagent is used, a large amount of misfolded protein in which S-S bonds are crosslinked at random positions is generated before the S-S isomerization reaction proceeds, and therefore a physiologically active protein having a correct three-dimensional structure (native structure (N)) cannot be obtained.
In the above-mentioned "(4) folding method using a water-soluble diselenide reagent (Non-Patent Documents 10 and 11)," a large amount of reagent needs to be added to the protein substrate, which raises concerns about the cost and inefficiency of the purification process. Furthermore, the conventional molecule does not have the aggregation-inhibiting activity described below.

上記の「(5)凝集抑制剤(非特許文献12)」に記載の通り、変性を引き起こさない凝集抑制剤は数多く提案されているが、大量(数mM~数Mオーダー)の試薬添加が必要である。
上記の「(6)凝集抑制能を包含するチオール分子(非特許文献13及び特許文献1)」においては、十分なフォールディング促進効果と凝集抑制効果を達成するには数mMオーダーの高濃度での添加が必要である。
上記の「(7)Protein Disulfide Isomerase触媒の添加(非特許文献14)」については、PDIは合成分野において頻繁に使用するには高価すぎるため、実用的な添加剤とは言えない。
As described in the above "(5) Aggregation Inhibitors (Non-Patent Document 12)", many aggregation inhibitors that do not cause denaturation have been proposed, but they require the addition of large amounts of reagents (on the order of several mM to several M).
In the above-mentioned "(6) Thiol molecule having aggregation inhibition ability (Non-Patent Document 13 and Patent Document 1)," it is necessary to add it at a high concentration of the order of several mM in order to achieve a sufficient folding promotion effect and aggregation inhibition effect.
Regarding the above-mentioned "(7) Addition of Protein Disulfide Isomerase catalyst (Non-Patent Document 14)", PDI is too expensive for frequent use in the synthetic field, and therefore cannot be said to be a practical additive.

タンパク質の人工調製では、いかに凝集体形成を抑制しながら高収率で目的のタンパク質へとフォールディングさせるかが重要である。さらに、フォールディング後の精製工程とコスト面を考慮して、ごく少量で効果的なフォールディング反応を達成できる添加剤がより理想的である。しかし、上記した通り、従来の化合物はいずれもフォールディングの促進と凝集の抑制を十分に達成させるためには、基質タンパク質に対して10~100倍程度の試薬添加が必要である。添加する有機分子のデザインを改め、より少量で十分な効果を発揮する添加剤開発が必要である。 In the artificial preparation of proteins, it is important to fold the protein into the desired protein in high yield while suppressing the formation of aggregates. Furthermore, taking into consideration the purification process after folding and costs, an additive that can achieve an effective folding reaction with a very small amount would be ideal. However, as mentioned above, with all conventional compounds, in order to fully promote folding and suppress aggregation, it is necessary to add about 10 to 100 times the amount of reagent compared to the substrate protein. It is necessary to redesign the organic molecules to be added and develop additives that are sufficiently effective with smaller amounts.

本発明においては、従来分子よりも少ない添加量で迅速な酸化的フォールディングと凝集抑制効果を発揮する新しい添加剤を合成し、効率的なタンパク質の酸化的フォールディング手法ならびに凝集抑制手法を提供することを目指した。即ち、本発明の課題は、少ない添加量で迅速な酸化的フォールディングを発揮する環状ジセレニド化合物、タンパク質フォールディング剤、及びタンパク質のフォールディング方法を提供することである。また、本発明の、必須ではない副次的な課題としては、凝集抑制効果を発揮する環状ジセレニド化合物、タンパク質フォールディング剤、及びタンパク質のフォールディング方法を提供することである。 In the present invention, the aim is to synthesize a new additive that exhibits rapid oxidative folding and aggregation inhibition effects with smaller amounts added than conventional molecules, and to provide an efficient method for oxidative folding of proteins and a method for inhibiting aggregation. That is, the object of the present invention is to provide a cyclic diselenide compound, a protein folding agent, and a protein folding method that exhibit rapid oxidative folding with small amounts added. In addition, a non-essential secondary object of the present invention is to provide a cyclic diselenide compound, a protein folding agent, and a protein folding method that exhibit an aggregation inhibition effect.

本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、PDIの活性中心におけるアミノ酸配列を模倣し、下記に示す化合物(1)をデザインした。この化合物は、タンパク質のS-S結合とSH基に対して酸化還元活性を有す環状ジセレニド部位に塩基性アミノ酸である3種(ヒスチジン(1a)、リジン(1b)・アルギニン(1c))をそれぞれ接合したものである。これらのアミノ酸部位が有する塩基性の側鎖(R)によって、セレン原子部位の反応性が高められることで、S-S形成反応とS-S異性化反応に対する触媒活性を増進することができる。さらに、高極性官能基であるこれらの塩基性側鎖(R)はタンパク質分子とイオン性相互作用によって複合体を形成することでタンパク質分子間の会合を阻害し、ひいては凝集体形成を抑制することができる。本発明は上記の知見に基づいて完成したものである。 As a result of intensive research conducted by the present inventors to solve the above problems, the inventors have designed the following compound (1) by mimicking the amino acid sequence in the active center of PDI. This compound is a compound in which three basic amino acids (histidine (1a), lysine (1b), and arginine (1c)) are bonded to a cyclic diselenide site that has redox activity for S-S bonds and SH groups in proteins. The basic side chains (R) of these amino acid sites increase the reactivity of the selenium atom site, thereby enhancing the catalytic activity for S-S formation reactions and S-S isomerization reactions. Furthermore, these basic side chains (R), which are highly polar functional groups, form complexes with protein molecules through ionic interactions, thereby inhibiting association between protein molecules and thus suppressing the formation of aggregates. The present invention was completed based on the above findings.

即ち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
<1> 下記式(1)で表される環状ジセレニド化合物又はその塩。

(式中、Rは、-L-Xで示される基、または-Xで示される基を示し、Lは炭素数1~10の炭化水素基を示し、Xはイミダゾール基、-NH、-NH-C(=NH)-NH、または-Hを示す。)
<2> Rが
の何れかである、<1>に記載の化合物又はその塩。
<3> <1>又は<2>に記載の環状ジセレニド化合物又はその塩を含む、タンパク質フォールディング剤。
<4> <1>又は<2>に記載の環状ジセレニド化合物又はその塩の存在下において、構造未形成タンパク質を処理する工程を含む、タンパク質のフォールディング方法。
That is, according to the present invention, the following inventions are provided.
<1> A cyclic diselenide compound represented by the following formula (1) or a salt thereof:

(In the formula, R represents a group represented by -L-X or a group represented by -X, L represents a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X represents an imidazole group, -NH 2 , -NH-C(═NH)-NH 2 , or -H.)
<2> R is
The compound or salt thereof according to <1>,
<3> A protein-folding agent comprising the cyclic diselenide compound or a salt thereof according to <1> or <2>.
<4> A method for folding a protein, comprising a step of treating an unstructured protein in the presence of the cyclic diselenide compound or a salt thereof according to <1> or <2>.

本発明の環状ジセレニド化合物、タンパク質フォールディング剤、及びタンパク質のフォールディング方法によれば、従来分子よりも少ない添加量で迅速な酸化的フォールディングと凝集抑制効果を発揮することができる。 The cyclic diselenide compound, protein folding agent, and protein folding method of the present invention can achieve rapid oxidative folding and aggregation inhibition effects with smaller addition amounts than conventional molecules.

図1は、リゾチーム(HEL)のフォールディング実験の結果を示す。FIG. 1 shows the results of a folding experiment of lysozyme (HEL). 図2は、合成化合物1aの非存在下(a)と存在下(b)における還元型リゾチーム(RHEL)の酸化的フォールディング実験および、合成化合物1aの非存在下(c)と存在下(d)におけるミスフォールドリゾチーム(4SSHEL)のリフォールディング実験から得られたサンプルのHPLCクロマトグラムを示す。FIG. 2 shows HPLC chromatograms of samples obtained from oxidative folding experiments of reduced lysozyme (R HEL ) in the absence (a) and presence (b) of synthetic compound 1a, and refolding experiments of misfolded lysozyme (4SS HEL ) in the absence (c) and presence (d) of synthetic compound 1a. 図3は、HELの凝集とフォールディング反応の競合試験の結果を示す。FIG. 3 shows the results of a competition test of the aggregation and folding reaction of HEL. 図4は、高濃度の還元型リゾチーム(RHEL)の酸化的フォールディングによって得られるサンプル中の最終的なHELの酵素活性回復率の比較を示す。FIG. 4 shows a comparison of the final enzyme activity recovery rates of HEL in samples obtained by oxidative folding of reduced lysozyme (R HEL ) at high concentrations.

以下、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、下記式(1)で表される環状ジセレニド化合物又はその塩に関するものであり、本発明の環状ジセレニド化合物又はその塩は、タンパク質フォールディング剤として使用することができる。
(式中、Rは、-L-Xで示される基、または-Xで示される基を示し、Lは炭素数1~10の炭化水素基を示し、Xはイミダゾール基、-NH、-NH-C(=NH)-NHを、または-Hを示す。)
The present invention will now be described in further detail.
The present invention relates to a cyclic diselenide compound represented by the following formula (1) or a salt thereof. The cyclic diselenide compound or a salt thereof of the present invention can be used as a protein folding agent.
(In the formula, R represents a group represented by -L-X or a group represented by -X, L represents a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X represents an imidazole group, -NH 2 , -NH-C(═NH)-NH 2 , or -H.)

本発明の環状ジセレニド化合物又はその塩によれば、数十μMというごく少量の添加量で、酸化的フォールディング速度を向上させることができる。また、1mM以下の添加量で、凝集性タンパク質の凝集抑制ならびに効果的なフォールディングが可能である。本発明によれば、タンパク質合成おいて律速となりがちな酸化的フォールディング工程を簡便に、迅速に、そして高収率に達成することができる。 The cyclic diselenide compound or salt thereof of the present invention can improve the oxidative folding rate with an extremely small amount of addition, such as several tens of μM. Furthermore, with an addition of 1 mM or less, it is possible to suppress aggregation of aggregating proteins and fold them effectively. According to the present invention, the oxidative folding step, which tends to be rate-limiting in protein synthesis, can be achieved simply, quickly, and with high yields.

Lが示す炭素数1~10の炭化水素基としては、直鎖又は分岐鎖の何れでもよく、飽和又は不飽和のいずれでもよい。
炭素数1~10の炭化水素基としては、直鎖又は分岐鎖の炭素数1以上10以下のアルキレン基、直鎖又は分岐鎖の炭素数2以上10以下のアルケニレン基、及び直鎖又は分岐鎖の炭素数2以上10以下のアルキニレン基が挙げられる。
The hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms represented by L may be either linear or branched, and may be either saturated or unsaturated.
Examples of the hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms include linear or branched alkylene groups having 1 to 10 carbon atoms, linear or branched alkenylene groups having 2 to 10 carbon atoms, and linear or branched alkynylene groups having 2 to 10 carbon atoms.

上記アルキレン基としては、直鎖状若しくは分岐鎖状の炭素数1以上10以下のアルキル基の炭素骨格の任意の位置における1個の水素原子が1つのさらなる結合部位で置き換えられて二価部分を形成しているものが挙げられる。上記アルキレン基の炭素数は、好ましくは1以上5以下、より好ましくは1以上4以下である。上記直鎖状若しくは分岐鎖状の炭素数1以上10以下のアルキル基の例は、これらに限定されないが、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、2-ブチル(sec-ブチル)、イソブチル、tert-ブチル、n-ペンチル、1-メチルブチル、2-メチルブチル、3-メチルブチル、1,1-ジメチルプロピル、1,2-ジメチルプロピル、2,2-ジメチルプロピル及び1-エチルプロピル等が挙げられる。好ましくは、上記直鎖状若しくは分岐鎖状の炭素数1以上5以下のアルキレン基は、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン及びペンチレンからなる群から選択される。 The alkylene group includes a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, in which one hydrogen atom at any position of the carbon skeleton is replaced with one additional bonding site to form a divalent moiety. The number of carbon atoms in the alkylene group is preferably 1 to 5, more preferably 1 to 4. Examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms include, but are not limited to, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, 2-butyl (sec-butyl), isobutyl, tert-butyl, n-pentyl, 1-methylbutyl, 2-methylbutyl, 3-methylbutyl, 1,1-dimethylpropyl, 1,2-dimethylpropyl, 2,2-dimethylpropyl, and 1-ethylpropyl. Preferably, the linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is selected from the group consisting of methylene, ethylene, propylene, butylene, and pentylene.

上記アルケニレン基としては、直鎖状若しくは分岐鎖状の炭素数2以上10以下のアルケニルの炭素骨格の任意の位置における1個の水素原子が1つのさらなる結合部位で置き換えられて二価部分を形成しているものが挙げられ、主鎖は1個以上の二重結合を有して
いてよい。上記アルケニレン基の炭素数は、好ましくは2以上5以下である。上記直鎖状若しくは分岐鎖状の炭素2以上5以下のアルケニル基の例は、これらに限定されないが、エテニル、1-プロペニル、2-プロペニル、1-メチルエテニル、1-ブテニル、2-ブテニル、3-ブテニル、1-メチル-1-プロペニル、2-メチル-1-プロペニル、1-メチル-2-プロペニル、2-メチル-2-プロペニル、1-ペンテニル、2-ペンテニル、3-ペンテニル、4-ペンテニル、1-メチル-1-ブテニル、2-メチル-1-ブテニル、3-メチル-1-ブテニル、1-メチル-2-ブテニル、2-メチル-2-ブテニル、3-メチル-2-ブテニル、1-メチル-3-ブテニル、2-メチル-3-ブテニル、3-メチル-3-ブテニル、1,1-ジメチル-2-プロペニル、1,2-ジメチル-1-プロペニル、1,2-ジメチル-2-プロペニル、1-エチル-1-プロペニル、1-エチル-2-プロペニル及びその位置異性体が挙げられる。好ましくは、上記直鎖状若しくは分岐鎖状の炭素2以上5以下のアルケニレン基は、エテニレン、1-プロぺニレン、2-プロぺニレン、1-ブテニレン、2-ブテニレン、3-ブテニレン、1-ペンテニレン、2-ペンテニレン、3-ペンテニレン及び4-ペンテニレンからなる群から選択される。
The alkenylene group includes a linear or branched alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms in which one hydrogen atom at any position in the carbon skeleton is replaced with one further bonding site to form a divalent moiety, and the main chain may have one or more double bonds. The number of carbon atoms in the alkenylene group is preferably 2 to 5. Examples of the linear or branched alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms include, but are not limited to, ethenyl, 1-propenyl, 2-propenyl, 1-methylethenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-methyl-1-propenyl, 2-methyl-1-propenyl, 1-methyl-2-propenyl, 2-methyl-2-propenyl, 1-pentenyl, 2-pentenyl, 3-pentenyl, 4-pentenyl, 1-methyl-1-butenyl, Examples of the alkenyl group include 2-methyl-1-butenyl, 3-methyl-1-butenyl, 1-methyl-2-butenyl, 2-methyl-2-butenyl, 3-methyl-2-butenyl, 1-methyl-3-butenyl, 2-methyl-3-butenyl, 3-methyl-3-butenyl, 1,1-dimethyl-2-propenyl, 1,2-dimethyl-1-propenyl, 1,2-dimethyl-2-propenyl, 1-ethyl-1-propenyl, 1-ethyl-2-propenyl, and positional isomers thereof. Preferably, the linear or branched alkenylene group having 2 to 5 carbon atoms is selected from the group consisting of ethenylene, 1-propenylene, 2-propenylene, 1-butenylene, 2-butenylene, 3-butenylene, 1-pentenylene, 2-pentenylene, 3-pentenylene, and 4-pentenylene.

上記アルキニレン基としては、直鎖状若しくは分岐鎖状の炭素数2以上10以下のアルキニル基の炭素骨格の任意の位置における1個の水素原子が1つのさらなる結合部位で置き換えられて二価部分を形成しているものが挙げられ、主鎖は1個以上の三重結合を有していてよい。上記アルキニレン基の炭素数は、好ましくは2以上5以下である。上記直鎖状若しくは分岐鎖状の炭素数2以上5以下のアルキニル基の例は、これらに限定されないが、エチニル、1-プロピニル、2-プロピニル、1-ブチニル、2-ブチニル、3-ブチニル、1-メチル-2-プロピニル、1-ペンチニル、2-ペンチニル、3-ペンチニル、4-ペンチニル、1-メチル-2-ブチニル、1-メチル-3-ブチニル、2-メチル-3-ブチニル及び3-メチル-1-ブチニル等が挙げられる。好ましくは、上記直鎖状若しくは分岐鎖状の炭素数2以上5以下のアルキニレン基は、エチニレン、1-プロピニレン、2-プロピニレン、1-ブチニレン、2-ブチニレン、3-ブチニレン、1-ペンチニレン、2-ペンチニレン、3-ペンチニレン及び4-ペンチニレンからなる群から選択される。 The alkynylene group may be a linear or branched alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms, in which one hydrogen atom at any position in the carbon skeleton is replaced with one additional bonding site to form a divalent moiety, and the main chain may have one or more triple bonds. The number of carbon atoms in the alkynylene group is preferably 2 to 5. Examples of the linear or branched alkynyl group having 2 to 5 carbon atoms include, but are not limited to, ethynyl, 1-propynyl, 2-propynyl, 1-butynyl, 2-butynyl, 3-butynyl, 1-methyl-2-propynyl, 1-pentynyl, 2-pentynyl, 3-pentynyl, 4-pentynyl, 1-methyl-2-butynyl, 1-methyl-3-butynyl, 2-methyl-3-butynyl, and 3-methyl-1-butynyl. Preferably, the linear or branched alkynylene group having 2 to 5 carbon atoms is selected from the group consisting of ethynylene, 1-propynylene, 2-propynylene, 1-butynylene, 2-butynylene, 3-butynylene, 1-pentynylene, 2-pentynylene, 3-pentynylene, and 4-pentynylene.

Rとしては、好ましくは、
の何れかである。
R is preferably
Either:

本発明の式(I)で表される環状ジセレニド化合物又はその塩は、例えば、以下の実施例に記載の方法に準じて後記のScheme 1に従って合成することができる。即ち、脱水DMFに溶解したBoc-L-amino acid (3)と、 (S)-1,2-diselenan-4-amine hydrochloride(2)とを混合して反応させることにより、本発明の式(I)で表される環状ジセレニド化合物を合成することができる、 The cyclic diselenide compound represented by formula (I) of the present invention or a salt thereof can be synthesized, for example, according to the method described in the following examples, according to Scheme 1 below. That is, the cyclic diselenide compound represented by formula (I) of the present invention can be synthesized by mixing and reacting Boc-L-amino acid (3) dissolved in dehydrated DMF with (S)-1,2-diselenan-4-amine hydrochloride (2).

式(I)で表される環状ジセレニド化合物は、塩の形態や溶媒和物の形態でもよい。
塩としては、特に制限されず、例えば、塩酸、燐酸、硫酸等の無機酸との塩、及び酢酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸との塩等が挙げられる。
式(I)で表される環状ジセレニド化合物は、無水物として単離することができるが、溶媒和物であってもよい。溶媒和物としては、水和物が挙げられる。
The cyclic diselenide compound represented by formula (I) may be in the form of a salt or a solvate.
The salt is not particularly limited, and examples thereof include salts with inorganic acids such as hydrochloric acid, phosphoric acid, and sulfuric acid, and salts with organic acids such as acetic acid and trifluoroacetic acid.
The cyclic diselenide compound represented by formula (I) can be isolated as an anhydride, but may also be in the form of a solvate, such as a hydrate.

本発明の環状ジセレニド化合物又はその塩は、タンパク質のジスルフィド結合を形成させるリフォールディング剤における有効成分としてとして使用することができる。
本発明のリフォールディング剤は、式(1)で表される環状ジセレニド化合物又はその塩からなる群から選択される少なくとも1種を有効成分として含むものであり、所望により、2種以上の式(1)で表される環状ジセレニド化合物又はその塩を組み合わせて使用してもよい。
The cyclic diselenide compound or a salt thereof of the present invention can be used as an active ingredient in a refolding agent that forms disulfide bonds in proteins.
The refolding agent of the present invention contains at least one selected from the group consisting of cyclic diselenide compounds represented by formula (1) or salts thereof as an active ingredient, and may be used in combination of two or more cyclic diselenide compounds represented by formula (1) or salts thereof, if desired.

本発明によれば、本発明の環状ジセレニド化合物又はその塩の存在下において、構造未形成タンパク質を処理する工程を含む、タンパク質のフォールディング方法が提供される。
構造未形成とは、活性を有するネイティブの構造になっていないことを意味し、例えば、リゾチームの場合には、還元型リゾチーム(RHEL)および4SSリゾチーム(4SSHEL)の両方の意味を包含する。
According to the present invention, there is provided a method for folding a protein, which comprises the step of treating an unstructured protein in the presence of a cyclic diselenide compound or a salt thereof of the present invention.
The term "unstructured" means that the structure is not in a native structure having activity, and in the case of lysozyme, for example, it encompasses both reduced lysozyme (R HEL ) and 4SS lysozyme (4SS HEL ).

本明細書において、「タンパク質のリフォールディング」には、(1)タンパク質をアンフォールディングする工程、(2)アンフォールディングされたタンパク質をリフォールディングする工程、及び(3)リフォールディングされたタンパク質を単離する工程を含むものとする。本明細書において、「リフォールディング反応」という場合、上記工程(2)を意味する。 In this specification, "protein refolding" includes (1) the step of unfolding a protein, (2) the step of refolding the unfolded protein, and (3) the step of isolating the refolded protein. In this specification, the term "refolding reaction" refers to the above step (2).

本発明の環状ジセレニド化合物又はその塩を用いてリフォールディングする対象のタンパク質は、天然又は人造(化学合成法、発酵法、遺伝子組み換え法)等の由来や製造方法の別にかかわらず、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、及びこれらの複合体が含まれる。タンパク質の種類は問わず、例えば細胞内タンパク質、細胞外タンパク質、膜タンパク質、及び核内タンパク質がいずれも含まれる。タンパク質としては、必ずしもジスルフィド結合を有するタンパク質である必要はないが、好ましくは少なくとも1つのジスルフィド結合を含むタンパク質を挙げることができる。具体的には、以下に示す酵素、組み換えタンパク質及び抗体等が挙げられる。 The proteins to be refolded using the cyclic diselenide compound or a salt thereof of the present invention include peptides, polypeptides, proteins, and complexes thereof, regardless of their origin or production method, such as natural or artificial (chemical synthesis, fermentation, or recombinant gene synthesis). The proteins may be of any type, and include, for example, intracellular proteins, extracellular proteins, membrane proteins, and nuclear proteins. The protein does not necessarily have to be a protein having a disulfide bond, but preferably includes a protein containing at least one disulfide bond. Specific examples include the enzymes, recombinant proteins, and antibodies shown below.

酵素としては、加水分解酵素、異性化酵素、酸化還元酵素、転移酵素、合成酵素及び脱離酵素等が挙げられる。加水分解酵素としては、プロテアーゼ、セリンプロテアーゼ、アミラーゼ、リパーゼ、セルラーゼ、グルコアミラーゼ等が挙げられる。異性化酵素としては、グルコースイソメラーゼが挙げられる。酸化還元酵素としては、プロテインジスルフィドイソメラーゼ、ペルオキシダーゼ等が挙げられる。転移酵素としては、アシルトランスフェラーゼ、スルホトランスフェラーゼ等が挙げられる。合成酵素としては、脂肪酸シンターゼ、リン酸シンターゼ、クエン酸シンターゼ等が挙げられる。脱離酵素としては、ペクチンリアーゼ等が挙げられる。 Examples of enzymes include hydrolases, isomerases, oxidoreductases, transferases, synthases, and lyases. Examples of hydrolases include proteases, serine proteases, amylases, lipases, cellulases, and glucoamylases. Examples of isomerases include glucose isomerase. Examples of oxidoreductases include protein disulfide isomerase and peroxidase. Examples of transferases include acyltransferase and sulfotransferase. Examples of synthases include fatty acid synthase, phosphate synthase, and citrate synthase. Examples of lyases include pectin lyase.

組み換えタンパク質としては、タンパク製剤、ワクチン等が挙げられる。大腸菌等の原核生物や酵母等の真核生物や無細胞抽出系等の異種発現系を用いて遺伝子工学的に生産された組み換えタンパク質は、しばしば不溶性で不活性の凝集体、いわゆる封入体として得られるため、本発明のリフォールディング剤を好適に使用することができる。タンパク製剤としては、インターフェロンα、インターフェロンβ、インターロイキン1~12、成長ホルモン、エリスロポエチン、インスリン、顆粒状コロニー刺激因子(G-CSF)、組織プラスミノーゲン活性化因子(TPA)、ディフェンシン、ナトリウム利尿ペプチド、血液凝固第2因子、ソマトメジン、グルカゴン、成長ホルモン放出因子、血清アルブミン、カルシトニン等が挙げられる。ワクチンとしては、A型肝炎ワクチン、B型肝炎ワクチン、C型肝炎ワクチン等が挙げられる。抗体としては、特に限定はないが、医療用抗体が挙げられる。 Examples of recombinant proteins include protein preparations and vaccines. Recombinant proteins produced by genetic engineering using heterologous expression systems such as prokaryotes such as Escherichia coli, eukaryotes such as yeast, and cell-free extraction systems are often obtained as insoluble and inactive aggregates, so-called inclusion bodies, and therefore the refolding agent of the present invention can be suitably used. Examples of protein preparations include interferon α, interferon β, interleukins 1 to 12, growth hormone, erythropoietin, insulin, granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF), tissue plasminogen activator (TPA), defensin, natriuretic peptides, blood coagulation factor 2, somatomedin, glucagon, growth hormone releasing factor, serum albumin, calcitonin, and the like. Examples of vaccines include hepatitis A vaccine, hepatitis B vaccine, hepatitis C vaccine, and the like. Examples of antibodies include, but are not limited to, medical antibodies.

本明細書において、「アンフォールディングされたタンパク質」とは、任意の方法でアンフォールディングされたタンパク質でよいが、リフォールディング効果の観点から、塩酸グアニジン、尿素、チオ尿素又はこれらの併用でアンフォールディングされたタンパク質が好ましい。尚、タンパク質が、分子内にジスルフィド結合を含むものである場合には、上記アンフォールディング剤以外に、さらにβ-メルカプトエタノール、ジチオスレイトール、トリス(2-カルボキシエチル)ホスフィン(TCEP)又はチオフェノール等の還元剤を加えてアンフォールディングされたタンパク質であってもよい。 In this specification, the term "unfolded protein" refers to a protein unfolded by any method, but from the viewpoint of refolding effect, a protein unfolded by guanidine hydrochloride, urea, thiourea, or a combination of these is preferred. If the protein contains a disulfide bond in the molecule, the protein may be unfolded by adding a reducing agent such as β-mercaptoethanol, dithiothreitol, tris(2-carboxyethyl)phosphine (TCEP), or thiophenol in addition to the unfolding agent.

上記アンフォールディングされたタンパク質は、その分子量を特に制限するものではないが、通常1,000~10,000,000程度のタンパク質が挙げられる。リフォールディング効果の点から、好ましくは分子量1,000~250,000のタンパク質である。本発明の環状ジセレニド化合物又はその塩によれば、高効率でリフォールディングを行うことができるので、高分子量のタンパク質に適用することができる。 The molecular weight of the unfolded protein is not particularly limited, but typically ranges from about 1,000 to 10,000,000. From the viewpoint of refolding effect, the protein preferably has a molecular weight of 1,000 to 250,000. The cyclic diselenide compound or a salt thereof of the present invention can be used for high molecular weight proteins because it can perform refolding with high efficiency.

本発明のリフォールディング方法における、本発明のリフォールディング剤の存在下で、アンフォールディングされたタンパク質を処理する工程(以下、単に処理工程ともいう)としては、アンフォールディングされたタンパク質とリフォールディング剤とを接触させる工程が挙げられ、具体的には、アンフォールディングされたタンパク質とリフォールディング剤とをリフォールディング緩衝液中に配合して撹拌等により混合する工程、さらには、当該工程の後、必要によりリフォールディングをより十分に進めるために一定時間静置する工程も含まれる。 In the refolding method of the present invention, the step of treating an unfolded protein in the presence of the refolding agent of the present invention (hereinafter, also simply referred to as the treatment step) includes a step of contacting the unfolded protein with the refolding agent, specifically, a step of blending the unfolded protein and the refolding agent in a refolding buffer solution and mixing them by stirring or the like, and further includes a step of leaving the mixture to stand for a certain period of time after the step, if necessary, to allow the refolding to proceed more fully.

上記処理工程の処理時間は、リフォールディングが十分に行われる限り特に制限されないが、例えば、5分~24時間、好ましくは10分~3時間である。また温度は、対象とするタンパク質の熱耐性に応じて適宜選択することができ、例えば、0~100℃の範囲、好ましくは4~40℃の範囲である。 The processing time for the above-mentioned processing step is not particularly limited as long as the refolding is sufficiently performed, but is, for example, 5 minutes to 24 hours, preferably 10 minutes to 3 hours. The temperature can be appropriately selected depending on the heat resistance of the target protein, and is, for example, in the range of 0 to 100°C, preferably in the range of 4 to 40°C.

上記処理工程において使用されるリフォールディング剤における環状ジセレニド化合物又はその塩の濃度は特に制限されないが、対象タンパク質を含む溶液(例えばリフォールディング緩衝液)に対して、通常0.001~100mM、好ましくは0.01~5mMである。また、上記対象タンパク質を含む溶液(例えばリフォールディング緩衝液)中に含まれるアンフォールディングタンパク質の濃度は、通常0.01~100μM、好ましくは0.1~70μM、より好ましくは1~50μMである。 The concentration of the cyclic diselenide compound or its salt in the refolding agent used in the above treatment step is not particularly limited, but is usually 0.001 to 100 mM, preferably 0.01 to 5 mM, relative to the solution containing the target protein (e.g., refolding buffer solution). The concentration of the unfolded protein contained in the solution containing the target protein (e.g., refolding buffer solution) is usually 0.01 to 100 μM, preferably 0.1 to 70 μM, more preferably 1 to 50 μM.

リフォールディング緩衝液は、目的のタンパク質の機能を失わせるような濃度及び組成でなければ特に限定されず、具体的には、トリス緩衝液、MES緩衝液、HEPES緩衝溶液及びトリシン緩衝液等のアミン系緩衝液、リン酸緩衝液、又は各種Good’sbuffer等が挙げられる。上記リフォールディング緩衝液のpHは、通常pH4~10、好ましくはpH5~9の範囲、より好ましくはpH7~9の範囲で調整することができる。 The refolding buffer is not particularly limited as long as it has a concentration and composition that does not cause the target protein to lose its function. Specific examples include amine buffers such as Tris buffer, MES buffer, HEPES buffer solution, and Tricine buffer, phosphate buffer, and various Good's buffers. The pH of the refolding buffer can usually be adjusted to a range of pH 4 to 10, preferably pH 5 to 9, and more preferably pH 7 to 9.

上記リフォールディング緩衝液には、本発明のリフォールディング剤の他に、種々の添加物を添加することができる。そのような添加物としては、塩化ナトリウム、塩化カルシウム等の塩類;クエン酸塩、リン酸塩、及び酢酸塩等の緩衝液;水酸化ナトリウム等の塩基類;塩酸や酢酸等の酸類;メタノール、エタノール、プロパノール等の有機溶媒等が挙げられる。また、上記緩衝剤には、本発明のリフォールディング剤及び上記添加物の他に、界面活性剤、pH調整剤、又はタンパク質安定化剤を配合することもできる。当業者であれば適宜その使用量を調節することができる。 In addition to the refolding agent of the present invention, various additives can be added to the refolding buffer solution. Examples of such additives include salts such as sodium chloride and calcium chloride; buffer solutions such as citrate, phosphate, and acetate; bases such as sodium hydroxide; acids such as hydrochloric acid and acetic acid; and organic solvents such as methanol, ethanol, and propanol. In addition to the refolding agent of the present invention and the additives, the buffer solution can also contain a surfactant, a pH adjuster, or a protein stabilizer. Those skilled in the art can adjust the amount of use as appropriate.

pH調整剤としては、例えば、Tris(N-トリス(ヒドロキシメチル)メチルアミノエタンスルホン酸)、HEPES(N-2-ヒドロキシエチルピペラジン-N’-2-エタンスルホン酸)、及びリン酸緩衝剤(例えば、リン酸1水素2ナトリウム+塩酸水溶液、又はリン酸2水素1ナトリウム+水酸化ナトリウム水溶液)等が挙げられる。pH調整剤を用いる場合の含有量は、pH4~10、好ましくはpH5~9の範囲、より好ましくはpH7~9の範囲となるように調節され、対象タンパク質を含む溶液(例えばリフォールディング緩衝液)に対して、通常0.01~200mM、好ましくは0.05~150mM、より好ましくは0.1~100mMである。 Examples of pH adjusters include Tris (N-tris(hydroxymethyl)methylaminoethanesulfonic acid), HEPES (N-2-hydroxyethylpiperazine-N'-2-ethanesulfonic acid), and phosphate buffers (e.g., disodium monohydrogen phosphate + hydrochloric acid solution, or monosodium dihydrogen phosphate + sodium hydroxide solution). When a pH adjuster is used, the content is adjusted to a pH range of 4 to 10, preferably a pH range of 5 to 9, and more preferably a pH range of 7 to 9, and is usually 0.01 to 200 mM, preferably 0.05 to 150 mM, and more preferably 0.1 to 100 mM, relative to the solution containing the target protein (e.g., refolding buffer solution).

タンパク質安定化剤としては、例えば、グルタチオン、β-メルカプトエタノール、ジチオスレイトール、TCEP、アスコルビン酸及びシステイン等の還元剤が挙げられる。そのような還元剤を用いる場合の含有量は、対象タンパク質を含む溶液(リフォールディング緩衝液)に対して、通常0.01~100mM、好ましくは0.05~10mM、より好ましくは0.1~5mMである。これらの還元剤がリフォールディング剤に含まれている場合には、当該含まれている還元剤との合計量とする。また上記タンパク質安定化剤としては、例えば、ポリオール類、金属イオン、キレート試薬等も挙げられる。ポリオール類としてはグリセリン、ブドウ糖、ショ糖、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、ソルビトール及びマンニトール等が挙げられる。金属イオンとしてはマグネシウムイオン、マンガンイオン及びカルシウムイオン等の2価金属イオンが挙げられる。キレート試薬としてはエチレンジアミン4酢酸(EDTA)及びグリコールエーテルジアミン-N,N,N’,N’-4酢酸(EGTA)等が挙げられる。タンパク質安定化剤を用いる場合の含有量は、対象タンパク質を含む溶液(リフォールディング緩衝液)に対して、通常10質量%以下、好ましくは0.001~10質量%、より好ましくは0.01~1質量%である。 Examples of protein stabilizers include reducing agents such as glutathione, β-mercaptoethanol, dithiothreitol, TCEP, ascorbic acid, and cysteine. The content of such reducing agents when used is usually 0.01 to 100 mM, preferably 0.05 to 10 mM, and more preferably 0.1 to 5 mM, relative to the solution (refolding buffer) containing the target protein. When these reducing agents are contained in the refolding agent, the total amount of the reducing agent and the reducing agent contained therein is used. Examples of the protein stabilizers include polyols, metal ions, and chelating agents. Examples of polyols include glycerin, glucose, sucrose, ethylene glycol, polyethylene glycol, sorbitol, and mannitol. Examples of metal ions include divalent metal ions such as magnesium ions, manganese ions, and calcium ions. Examples of chelating agents include ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and glycol ether diamine-N,N,N',N'-tetraacetic acid (EGTA). When a protein stabilizer is used, the content is usually 10% by mass or less, preferably 0.001 to 10% by mass, and more preferably 0.01 to 1% by mass, relative to the solution containing the target protein (refolding buffer solution).

また、対象タンパク質を含む溶液(リフォールディング緩衝液)中には、アンフォールディング剤、すなわち変性剤(例えば、グアニジン塩酸や尿素)が含まれていてもよい。この場合、アンフォールディング剤の含有量は、通常0.01~100mM、好ましくは
0.05~10mM、より好ましくは0.1~5mMである。当該濃度は、アンフォールディングされたタンパク質溶液に本発明のリフォールディング剤を添加してアンフォールディング剤濃度を希釈し低下させて調節してもよいし、又はアンフォールディングされたタンパク質懸濁液を透析してアンフォールディング剤濃度を希釈し低下させて調節してもよい。
Furthermore, the solution containing the target protein (refolding buffer) may contain an unfolding agent, i.e., a denaturant (e.g., guanidine hydrochloride or urea). In this case, the content of the unfolding agent is usually 0.01 to 100 mM, preferably 0.05 to 10 mM, more preferably 0.1 to 5 mM. The concentration may be adjusted by adding the refolding agent of the present invention to the unfolded protein solution to dilute and reduce the unfolding agent concentration, or by dialyzing the unfolded protein suspension to dilute and reduce the unfolding agent concentration.

本発明は、本発明の環状ジセレニド化合物又はその塩の存在下で、タンパク質を処理してリフォールディングする工程を含む、タンパク質の再生方法にも関する。本発明のタンパク質の再生方法は、本発明の環状ジセレニド化合物又はその塩の存在下でタンパク質を処理してリフォールディングする工程(以下、リフォールディング工程ともいう)、さらには、当該工程の後、必要によりリフォールディングされたタンパク質を単離する工程(以下、単離工程ともいう)が含まれる。 The present invention also relates to a method for regenerating a protein, comprising a step of treating and refolding a protein in the presence of the cyclic diselenide compound of the present invention or a salt thereof. The method for regenerating a protein of the present invention comprises a step of treating and refolding a protein in the presence of the cyclic diselenide compound of the present invention or a salt thereof (hereinafter also referred to as a refolding step), and further comprises a step of isolating the refolded protein, if necessary, after the step (hereinafter also referred to as an isolation step).

単離工程としては、例えば上記リフォールディング工程で得られたタンパク質溶液から、目的とする正常タンパク質(リフォールディングタンパク質)を、カラムクロマトグラフィー等を用いて単離することが挙げられる。カラムクロマトグラフィーに使用される充填剤としてはシリカ、デキストラン、アガロース、セルロース、アクリルアミド、ビニルポリマー等が挙げられる。商業的に入手できる市販品としては、Sephadexシリーズ、Sephacrylシリーズ、Sepharoseシリーズ(以上、Pharmacia社)、Bio-Gelシリーズ(Bio-Rad社)等を挙げることができる。また透析法により目的とする正常タンパク質(リフォールディングタンパク質)を単離してもよい。 The isolation step may involve, for example, isolating the target normal protein (refolded protein) from the protein solution obtained in the refolding step by using column chromatography or the like. Packing materials used in column chromatography include silica, dextran, agarose, cellulose, acrylamide, vinyl polymers, and the like. Commercially available products include the Sephadex series, Sephacryl series, and Sepharose series (all from Pharmacia), and the Bio-Gel series (Bio-Rad). The target normal protein (refolded protein) may also be isolated by dialysis.

以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

<化合物合成における基本手順>
上記Scheme 1に従って合成を実施した。10 mL容量のガラス製ナス型フラスコ中で、Boc-L-amino acid (3) (渡辺化学, 0.113 mmol)を脱水DMF(富士フィルム和光純薬株式会社 1.5 mL)に溶解した。出発物質である(S)-1,2-diselenan-4-amine hydrochloride(2)(文献 [K. Arai, et al., ChemBioChem 2018, 19, 207-211]により合成、0.0150 g, 0.0565 mmol)を加えて撹拌した。得られた溶液に、PyBOP(渡辺化学, 0.0588 g、0.113 mmol)とDIPEA (富士フィルム和光純薬株式会社, 39.4 μL, 0.226 mmol)を加え、フラスコ内をアルゴンガスで置換した後、25℃で15時間撹拌した。蒸留水を15 mL加え、ジクロロメタン(関東化学, 15 mL, 3回)で抽出を行った。得られたジクロロメタン溶液を飽和塩化ナトリウム水溶液(20 mL, 1回)で洗浄し、さらにISOLUTE(R) Phase Separator. (バイオタージジャパン)に通すことで脱水した後、溶媒減圧留去した。得られた黄色液体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(中性シリカゲル、関東化学、展開溶媒:酢酸エチル/ヘキサン)によって生成することで、化合物1のBoc保護体を黄色油状物として得た。Boc基を脱保護するために、得られた黄色油状物を10 mL容量のガラス製ナス型フラスコ中でジクロロメタン(関東化学, 0.8 mL)に溶解し、trifluoroacetic acid(富士フィルム和光純薬株式会社、0.5 mL)を氷浴中でゆっくり加え、そのまま氷浴中で30分間攪拌した後、25℃まで温度を上昇させ、さらに4時間攪拌した。得られた溶液を溶媒減圧留去することで、化合物1を得た。
<Basic steps in compound synthesis>
The synthesis was carried out according to Scheme 1 above. In a 10 mL glass eggplant flask, Boc-L-amino acid (3) (Watanabe Chemical, 0.113 mmol) was dissolved in dehydrated DMF (Fujifilm Wako Pure Chemical, 1.5 mL). The starting material (S)-1,2-diselenan-4-amine hydrochloride (2) (synthesized according to reference [K. Arai, et al., ChemBioChem 2018, 19, 207-211], 0.0150 g, 0.0565 mmol) was added and stirred. PyBOP (Watanabe Chemical, 0.0588 g, 0.113 mmol) and DIPEA (Fujifilm Wako Pure Chemical, 39.4 μL, 0.226 mmol) were added to the resulting solution, and the flask was replaced with argon gas, and then stirred at 25 °C for 15 hours. 15 mL of distilled water was added, and extraction was performed with dichloromethane (Kanto Chemical, 15 mL, 3 times). The obtained dichloromethane solution was washed with saturated sodium chloride aqueous solution (20 mL, 1 time), and further dehydrated by passing through an ISOLUTE(R) Phase Separator. (Biotage Japan), and the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained yellow liquid was purified by silica gel column chromatography (neutral silica gel, Kanto Chemical, developing solvent: ethyl acetate/hexane) to obtain the Boc-protected compound of compound 1 as a yellow oil. To deprotect the Boc group, the obtained yellow oil was dissolved in dichloromethane (Kanto Chemical, 0.8 mL) in a 10 mL glass eggplant-shaped flask, trifluoroacetic acid (Fujifilm Wako Pure Chemical, 0.5 mL) was slowly added in an ice bath, and the mixture was stirred in the ice bath for 30 minutes, and then the temperature was raised to 25°C and stirred for another 4 hours. The solvent in the obtained solution was distilled off under reduced pressure to obtain compound 1.

<(S)-2-amino-N-((S)-1,2-diselenan-4-yl)-3-(1H-imidazol-4-yl)propenamide di-TFA salt (1a)の合成>
原料である化合物3には、Boc-L-His(Boc) dicyclohexylammonium salt (60.6 mg, 0.113 mmol)を用い、上記の化合物合成における基本手順に従って合成を実施した。Boc保護体の粗生成物は、展開溶媒として酢酸エチル/ヘキサン、8:1を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、最終的な目的物(1a)を茶色粉末(31.0 mg, 91%)として得た。
<Synthesis of (S)-2-amino-N-((S)-1,2-diselenan-4-yl)-3-(1H-imidazol-4-yl)propenamide di-TFA salt (1a)>
The raw material compound 3 was Boc-L-His(Boc) dicyclohexylammonium salt (60.6 mg, 0.113 mmol), and the synthesis was carried out according to the general procedure for the synthesis of the above compound. The crude product of the Boc-protected compound was The product was purified by silica gel column chromatography using ethyl acetate/hexane (8:1) as a developing solvent to obtain the final target compound (1a) as a brown powder (31.0 mg, 91%).

<合成化合物(1a)の同定>
M.p. 122.1~125.8℃; 1H NMR (500 MHz, D2O): δ 8.60 (d, J=1.3 Hz, 1H), 7.31 (d, J=0.5 Hz, 1H), 4.12-4.06 (m, 1H), 3.94-3.39 (m, 1H), 3.28-3.16 (m, 3H), 3.11-3.06 (m, 1H), 2.80-2.77 (m, 1H), 2.72-2.66 (m, 1H), 2.16-2.10 (m, 1H), 1.79-1.72 (m, 1H) ppm; 13C NMR (125.8 MHz, D2O): δ 166.3, 134.2, 126.0, 118.3, 52.1, 48.7, 33.9, 26.0, 25.7, 23.3 ppm; 77Se NMR (95.4 MHz, D2O): δ 269.3 ppm; HRMS (ESI-TOF) m/z: [M+H -2TFA]+ calcd for C10H17N4OSe2 +, 368.9727; found, 368.9743.
<Identification of synthetic compound (1a)>
Mp 122.1~125.8℃; 1 H NMR (500 MHz, D 2 O): δ 8.60 (d, J=1.3 Hz, 1H), 7.31 (d, J=0.5 Hz, 1H), 4.12-4.06 (m, 1H), 3.94-3.39 (m, 1H), 13 C NMR (125.8 MHz, D 2 O): δ 166.3, 134.2, 126.0, 118.3, 52.1, 48.7, 33.9, 26.0, 25.7, 23.3 ppm; 77 Se NMR (95.4 MHz, D2O ): δ 269.3 ppm; HRMS (ESI-TOF) m/z: [M+H -2TFA] + calcd for C 10 H 17 N 4 OSe 2 + , 368.9727; found, 368.9743.

<(S)-2,6-diamino-N-((S)-1,2-diselenan-4-yl)hexanamide di-TFA salt (1b)の合成>
原料である化合物3には、Boc-L-Lys(Boc) (39.1 mg, 0.113 mmol)を用い、上記の化合物合成における基本手順に従って合成を実施した。Boc保護体の粗生成物は、展開溶媒として酢酸エチル/ヘキサン、2:1を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、最終的な目的物(1b)を黄色粉末(26.7 mg, 81%)として得た。
<Synthesis of (S)-2,6-diamino-N-((S)-1,2-diselenan-4-yl)hexanamide di-TFA salt (1b)>
The raw material compound 3 was Boc-L-Lys(Boc) (39.1 mg, 0.113 mmol), and the synthesis was carried out according to the general procedure for the synthesis of the above-mentioned compound. The crude product of the Boc-protected compound was obtained by the development solvent The crude product was purified by silica gel column chromatography using ethyl acetate/hexane (2:1) as a crude solvent to give the final product (1b) as a yellow powder (26.7 mg, 81%).

<合成化合物(1b)の同定>
M.p. 110.1~113.8℃; 1H NMR (500 MHz, D2O): δ 3.96-3.91 (m, 1H), 3.80 (t, J=6.7 Hz, 1H), 3.22-3.10 (m, 2H), 3.00-2.83 (m, 4H), 2.19-2.13 (m, 1H), 1.83-1.71 (m, 3H), 1.59-1.52 (m, 2H), 1.39-1.25 (m, 2H) ppm; 13C NMR (125.8 MHz, D2O): δ 168.1, 52.9, 49.0, 38.9, 34.2, 30.3, 26.3, 25.9, 23.8, 21.3 ppm; 77Se NMR (95.4 MHz, D2O): δ 267.2 ppm; HRMS (ESI-TOF) m/z: [M+H -2TFA]+ calcd for C10H22N3OSe2 +, 360.0088; found, 360.0086.
<Identification of synthetic compound (1b)>
Mp 110.1~113.8℃; 1 H NMR (500 MHz, D 2 O): δ 3.96-3.91 (m, 1H), 3.80 (t, J=6.7 Hz, 1H), 3.22-3.10 (m, 2H), 3.00-2.83 (m, 4H), 13 C NMR (125.8 MHz, D 2 O): δ 168.1, 52.9, 49.0, 38.9, 34.2, 30.3, 26.3, 25.9, 23.8, 21.3 ppm; 77 Se NMR (95.4 MHz, D 2 O): δ 267.2 ppm; HRMS (ESI-TOF) m/z: [M+H -2TFA] + calcd for C 10 H 22 N 3 OSe 2 + , 360.0088; found, 360.0086.

<(S)-2-amino-N-((S)-1,2-diselenan-4-yl)-5-guanidinopentanamide di-TFA salt (1c)の合成>
原料である化合物3には、Boc-L-Arg(Boc)2(53.6 mg, 0.113 mmol)を用い、上記の化合物の合成の基本手順に従って合成を実施した。Boc保護体の粗生成物は、展開溶媒として酢酸エチル/ヘキサン、2:1を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、最終的な目的物(1c)を黄色固体(29.4 mg, 85%)として得た。
<Synthesis of (S)-2-amino-N-((S)-1,2-diselenan-4-yl)-5-guanidinopentanamide di-TFA salt (1c)>
The raw material compound 3 was Boc-L-Arg(Boc) 2 (53.6 mg, 0.113 mmol), and the synthesis was carried out according to the general procedure for the synthesis of the above compound. The crude product of the Boc-protected compound was The residue was purified by silica gel column chromatography using ethyl acetate/hexane (2:1) as a developing solvent to obtain the final target compound (1c) as a yellow solid (29.4 mg, 85%).

<合成化合物(1c)の同定>
M.p. 100.8~103.2℃; 1H NMR (500 MHz, D2O): δ 3.99-3.94 (m, 1H), 3.85 (t, J=6.6 Hz, 1H), 3.25-3.21 (m, 1H), 3.16-3.08 (m, 3H), 2.97-2.89 (m, 2H), 2.21-2.16 (m, 1H), 1.87-1.77 (m, 3H), 1.56-1.48 (m, 2H) ppm; 13C NMR (125.8 MHz, D2O): δ 167.9, 156.7, 52.8, 52.7, 48.9, 40.2, 34.1, 27.9, 26.0, 23.5 ppm; 77Se NMR (95.4 MHz, D2O): δ 268.1 ppm; HRMS (ESI-TOF) m/z: [M+H -2TFA]+ calcd for C10H21N5OSe2 +, 388.0149; found, 388.0152.
<Identification of synthetic compound (1c)>
Mp 100.8~103.2℃; 1 H NMR (500 MHz, D 2 O): δ 3.99-3.94 (m, 1H), 3.85 (t, J=6.6 Hz, 1H), 3.25-3.21 (m, 1H), 3.16-3.08 (m, 3H), 13 C NMR (125.8 MHz, D 2 O): δ 167.9, 156.7, 52.8, 52.7, 48.9, 40.2, 34.1, 27.9, 26.0, 23.5 ppm; 77 Se NMR (95.4 MHz, D 2 O): δ 268.1 ppm; HRMS (ESI-TOF) m/z: [M+H -2TFA] + calcd for C 10 H 21 N 5 OSe 2 + , 388.0149; found, 388.0152.

<(S)-2-amino-N-((S)-1,2-diselenan-4-yl)propanamide TFA (1d)の合成>
原料である化合物3には、Boc-L-Ala (21.4 mg, 0.113 mmol)を用い、上記の化合物の合成の基本手順に従って合成を実施した。Boc保護体の粗生成物は、展開溶媒として酢酸エチル/ヘキサン、2:1を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、最終的な目的物(1d)を黄色粉末(21.9 mg, 94%)として得た。
<Synthesis of (S)-2-amino-N-((S)-1,2-diselenan-4-yl)propanamide TFA (1d)>
The starting compound 3 was Boc-L-Ala (21.4 mg, 0.113 mmol) and synthesized according to the general procedure for the synthesis of the above compound. The crude Boc-protected product was purified by silica gel column chromatography using ethyl acetate/hexane (2:1) as the developing solvent to obtain the final target compound (1d) as a yellow powder (21.9 mg, 94%).

<合成化合物(1d)の同定>
M.p. 102.0~103.9℃; 1H NMR (500 MHz, D2O): δ 3.97-3.88 (m, 2H), 3.24-3.13 (m, 2H), 2.98-2.89 (m, 2H), 2.21-2.16 (m, 1H), 1.85-1.77 (m, 1H), 1.39 (d, J=7.1 Hz 3H) ppm; 13C NMR (125.8 MHz, D2O): δ 169.3, 49.1, 48.9, 34.3, 26.0, 23.9, 16.5 ppm; 77Se NMR (95.4 MHz, D2O): δ 265.1 ppm; HRMS (ESITOF) m/z: [M+H -TFA]+calcd for C7H15N2OSe2 +, 302.9509; found, 302.9497.
<Identification of synthetic compound (1d)>
Mp 102.0~103.9℃; 1 H NMR (500 MHz, D 2 O): δ 3.97-3.88 (m, 2H), 3.24-3.13 (m, 2H), 2.98-2.89 (m, 2H), 2.21-2.16 (m, 1H), 1.85-1.77 (m, 1H), 1.39 (d, J=7.1 Hz 3H) ppm; 13 C NMR (125.8 MHz, D 2 O): δ 169.3, 49.1, 48.9, 34.3, 26.0, 23.9, 16.5 ppm; 77 Se NMR (95.4 MHz, D 2 O): δ 265.1 ppm; HRMS (ESITOF) m/z: [M+H -TFA] + calcd for C 7 H 15 N 2 OSe 2 + , 302.9509; found, 302.9497.

<還元変性リゾチーム(RHEL)の調製>
文献 [K. Arai, et al., Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, 13194-13212] に従い、以下の手順で調製した。市販のニワトリ卵白リゾチーム(富士フィルム和光純薬株式会社 12.0 mg)を8 M 尿素および1 mM EDTA を含む100 mM Tris-HCl 緩衝溶液 pH 8.0(700 μL)に溶解し、還元剤である(±)-ジチオトレイトール(DTTred)(富士フィルム和光純薬株式会社 12.0 mg)を加えて溶解した後、40.0℃で2時間反応させた。得られたサンプル溶液に0.1 M 酢酸水溶液(1.3 mL)を加えて反応を停止し、ゲル濾過クロマトグラフィー(Sephadex G-50 DNA Grade F、GEヘルスケアライフサイエンス、展開溶媒:0.1 M 酢酸水溶液)で脱塩・精製した。得られた溶液を凍結乾燥し、白色固体の還元変性リゾチーム(RHEL、10.0 mg)が得られた。
<Preparation of reduced denatured lysozyme (R HEL )>
The lysozyme was prepared according to the following procedure, as described in [K. Arai, et al., Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, 13194-13212]. Commercially available hen egg white lysozyme (12.0 mg, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 100 mM Tris-HCl buffer solution pH 8.0 (700 μL) containing 8 M urea and 1 mM EDTA, and the reducing agent (±)-dithiothreitol (DTT red ) (12.0 mg, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and dissolved, and the mixture was reacted at 40.0°C for 2 hours. The reaction was stopped by adding 0.1 M acetic acid aqueous solution (1.3 mL) to the obtained sample solution, and the sample was desalted and purified by gel filtration chromatography (Sephadex G-50 DNA Grade F, GE Healthcare Life Sciences, developing solvent: 0.1 M acetic acid aqueous solution). The resulting solution was freeze-dried to give reduced denatured lysozyme (R HEL , 10.0 mg) as a white solid.

<ミスフォールドリゾチーム(4SSHEL)の調製>
上記で調製したRHEL(2 mg)の粉末を8 M 尿素および1 mM EDTA を含む200 mM 酢酸-酢酸ナトリウム緩衝溶液 pH 4.0(250 μL)に溶解させた後、尿素不含の同緩衝溶液(750 μL)を加えてよく混合した。紫外可視吸光高度計(ε280= 33890 cm-1 M-1)を用いて、RHEL溶液の濃度を決定した。この濃度に対して20倍の濃度になるように尿素不含の同緩衝溶液で調製したtrans-3,4-dihydroxytetrahydroselenophene-1-oxide(DHSox; 文献 [M. Iwaoka, et al., Heteroatom Chem. 2001, 19, 293-299]により合成)溶液(1 mL)を RHEL溶液(1 mL)に加えて混合し、室温で15分間反応させた。得られたサンプル溶液をゲル濾過クロマトグラフィー(Sephadex G-50 DNA Grade F、GEヘルスケアライフサイエンス、展開溶媒:0.1 M 酢酸水溶液)によって脱塩・精製した。得られた溶液を凍結乾燥し、S-S結合がタンパク質分子内でランダムに架橋されたミスフォールドリゾチーム(4SSHEL、1.2 mg)を得た。
<Preparation of misfolded lysozyme (4SS HEL )>
The powder of R- HEL (2 mg) prepared above was dissolved in 200 mM acetic acid-sodium acetate buffer solution pH 4.0 (250 μL) containing 8 M urea and 1 mM EDTA, and then the same buffer solution without urea (750 μL) was added and mixed well. The concentration of the R- HEL solution was determined using a UV-Vis spectrophotometer (ε 280 = 33890 cm -1 M -1 ). A solution of trans-3,4-dihydroxytetrahydroselenophene-1-oxide (DHS ox; synthesized according to the literature [M. Iwaoka, et al., Heteroatom Chem. 2001, 19, 293-299] ) (1 mL) prepared in the same buffer solution without urea to a concentration 20 times higher than the concentration of the R-HEL solution was added to the R- HEL solution (1 mL) and mixed, and the mixture was allowed to react at room temperature for 15 minutes. The obtained sample solution was desalted and purified by gel filtration chromatography (Sephadex G-50 DNA Grade F, GE Healthcare Life Sciences, eluent: 0.1 M acetic acid aqueous solution). The obtained solution was lyophilized to obtain misfolded lysozyme (4SS HEL , 1.2 mg) in which SS bonds were randomly crosslinked within the protein molecule.

<還元変性リゾチーム(RHEL)の酸化的フォールディング>
合成化合物の酸化的フォールディングに対する触媒としての効果を以下の方法で確認した。
合成化合物(1a~d及び2のいずれか)、GSH、GSSGそれぞれ200 μM、5.0 mM、1.0 mMになるようにアルゴンガスでバブリングした1 mM EDTA を含む100 mM Tris-HCl 緩衝溶液 pH 7.5を用いて調製した。上記で調製したRHEL(1 mg)の白色粉末を2 M 尿素および1 mM EDTA を含む100 mM Tris-HCl 緩衝溶液 pH 7.5に溶解した。試料中のRHEL濃度を紫外可視吸光高度計(ε280 = 33890 cm-1 M-1)を用いて決定し、RHELの濃度が20 μMになるように同緩衝溶液を用いて希釈した。調整したRHEL溶液(500 μL)、合成化合物溶液(100 μL)、GSH溶液(200 μL)、GSSG溶液(200 μL)を素早く混合し、37.0℃で反応させた。一定時間後、このサンプル溶液から48 μL分注し、3 M 塩酸水溶液(2 μL)を加えて反応を停止し、冷蔵庫で保存した。文献(K. Arai, et al., Chem. Asian J. 2014, 9, 3464-3471)を参考に、各時間で得られたサンプル中に含まれる酵素活性量を見積もり、反応時間に対して相対的な酵素活性回復率をプロットした。
<Oxidative folding of reduced denatured lysozyme (R HEL )>
The catalytic effect of the synthesized compounds on oxidative folding was confirmed by the following method.
The synthetic compound (1a-d or 2), GSH, and GSSG were prepared in a 100 mM Tris-HCl buffer solution containing 1 mM EDTA, pH 7.5, and bubbled with argon gas to give concentrations of 200 μM, 5.0 mM, and 1.0 mM, respectively. The white powder of R HEL (1 mg) prepared above was dissolved in a 100 mM Tris-HCl buffer solution containing 2 M urea and 1 mM EDTA, pH 7.5. The R HEL concentration in the sample was determined using a UV-Vis spectrophotometer (ε 280 = 33890 cm -1 M -1 ), and the sample was diluted with the same buffer solution to give a concentration of R HEL of 20 μM. The prepared R HEL solution (500 μL), synthetic compound solution (100 μL), GSH solution (200 μL), and GSSG solution (200 μL) were quickly mixed and reacted at 37.0°C. After a certain period of time, 48 μL of the sample solution was dispensed, and the reaction was stopped by adding 3 M hydrochloric acid (2 μL) and stored in a refrigerator. The amount of enzyme activity contained in the sample obtained at each time point was estimated based on the literature (K. Arai, et al., Chem. Asian J. 2014, 9, 3464-3471), and the relative enzyme activity recovery rate was plotted against the reaction time.

結果を図1a及び表1に示す。図1aは、還元型リゾチーム(RHEL)の酸化的フォールディングにおけるHELの酵素活性回復速度の比較を示す。反応条件:[RHEL]0=10 μM、[GSH]0=1.0 mM、[GSSG]0=0.20 mM、[Catalyst] = 20 μM、37℃、pH 7.5、1 M urea存在下。データは平均値±標準誤差(n =3)として示してある。
タンパク質酵素はフォールディングすることで酵素活性が回復するため、酵素活性回復率の速度はフォールディング速度と考えることができる。合成化合物1あるいは2を加えることで、フォールディング反応が大きく加速されていることがわかる。さらに、一般的に用いられるGSSGの触媒量の添加は効果を見せない。さらにヒスチジンを接合した1aはそのほかの触媒よりも反応をさらに促進させていることが分かる。実際、この酸化的フォールディングの反応速度定数(k)見積もったところ(表1)、反応速度の増進率は合成化合物1aを用いたときに最大であった。
The results are shown in Figure 1a and Table 1. Figure 1a shows the comparison of the enzyme activity recovery rate of HEL in the oxidative folding of reduced lysozyme (R HEL ). Reaction conditions: [R HEL ] 0 =10 μM, [GSH] 0 =1.0 mM, [GSSG] 0 =0.20 mM, [Catalyst] = 20 μM, 37°C, pH 7.5, in the presence of 1 M urea. Data are shown as the mean ± standard error (n =3).
Since the enzyme activity of protein enzymes is restored by folding, the rate of enzyme activity recovery can be considered as the folding rate. It can be seen that the folding reaction is greatly accelerated by adding synthetic compounds 1 or 2. Furthermore, the addition of a catalytic amount of the commonly used GSSG shows no effect. Furthermore, it can be seen that histidine-conjugated 1a promotes the reaction more than other catalysts. In fact, when the reaction rate constant (k) of this oxidative folding was estimated (Table 1), the rate of increase in the reaction rate was greatest when synthetic compound 1a was used.

<4SSHELのリフォールディング>
合成化合物のミスフォールディング体からのリフォールディングに対する触媒としての効果を以下の方法で確認した。
合成化合物(1a~d及び2のいずれか)およびGSHが、それぞれ80 μM、4.0 mMになるようにアルゴンガスでバブリングした1 mM EDTA を含む100 mM Tris-HCl 緩衝溶液 pH 7.5を用いて調製した。上記で調製した4SSHEL(1 mg)の白色粉末を2 M 尿素および1 mM EDTA を含む100 mM Tris-HCl 緩衝溶液 pH 7.5に溶解した。試料中の4SSHEL濃度を紫外可視吸光高度計(ε280= 33890 cm-1 M-1)を用いて決定し、4SSHELの濃度が20 μMになるように同緩衝溶液を用いて希釈した。調整した4SSHEL溶液(500 μL)、合成化合物溶液(250 μL)、GSH溶液(250 μL)を素早く混合し、37.0℃で反応させた。一定時間後、このサンプル溶液から48 μL分注し、3 M 塩酸水溶液(2 μL)を加えて反応を停止し、冷蔵庫で保存した。文献(K. Arai, et al., Chem. Asian J. 2014, 9, 3464-3471)を参考に、各時間で得られたサンプル中に含まれる酵素活性量を見積もり、反応時間に対して相対的な酵素活性回復率をプロットした。
<Refolding of 4SS HEL >
The catalytic effect of the synthesized compounds on the refolding of misfolded forms was confirmed by the following method.
The synthetic compounds (1a-d or 2) and GSH were prepared in a 100 mM Tris-HCl buffer solution containing 1 mM EDTA, pH 7.5, with argon gas bubbling to give concentrations of 80 μM and 4.0 mM, respectively. The white powder of 4SS HEL (1 mg) prepared above was dissolved in a 100 mM Tris-HCl buffer solution containing 2 M urea and 1 mM EDTA, pH 7.5. The 4SS HEL concentration in the sample was determined using a UV-Vis spectrophotometer (ε 280 = 33890 cm -1 M -1 ), and the sample was diluted with the same buffer solution to a concentration of 20 μM. The prepared 4SS HEL solution (500 μL ) , synthetic compound solution (250 μL), and GSH solution (250 μL) were quickly mixed and reacted at 37.0°C. After a certain period of time, 48 μL of the sample solution was dispensed, and the reaction was stopped by adding 3 M hydrochloric acid (2 μL) and stored in a refrigerator. The amount of enzyme activity contained in the sample obtained at each time point was estimated based on the literature (K. Arai, et al., Chem. Asian J. 2014, 9, 3464-3471), and the relative enzyme activity recovery rate was plotted against the reaction time.

結果を図1b及び表1に示す。
図1bは、ミスフォールドリゾチーム(4SS)のリフォールディングにおけるHELの酵素活性回復速度の比較を示す。反応条件:[4SS]0=10 μM、[GSH]0=1.0 mM、[Catalyst] = 20 μM、37℃、pH 7.5、1 M urea存在下。データは平均値±標準誤差(n = 3)として示してある。
図1aの場合と同様に、酵素活性が50%回復するまでに要する時間t50[min]を見ると、ヒスチジンを接合した1aは最も反応速度の増進を見せている(表1)。
The results are shown in FIG.
Figure 1b shows the rate of recovery of enzyme activity of HEL upon refolding of misfolded lysozyme (4SS). Reaction conditions: [4SS] 0 = 10 μM, [GSH] 0 = 1.0 mM, [Catalyst] = 20 μM, 37°C, pH 7.5, in the presence of 1 M urea. Data are shown as mean ± SEM (n = 3).
As in the case of FIG. 1a, when the time required for the enzyme activity to recover by 50%, t 50 [min], was examined, histidine-conjugated 1a showed the greatest increase in reaction rate (Table 1).

酸化的フォールディングの反応速度定数kは、 %HEL activity = Amax(1-e-kt)を用いた実験値(図1a)のフィッティングによって得られた見かけの反応速度定数であり、Amaxはフォールディングによって回復したHELの最大酵素活性である。酵素活性が50%回復するまでに要する時間t50[min]は、4SSHELのリフォールディング反応において、HELの酵素活性が50%回復するのに要する時間である。表中のすべてのデータは平均値±標準誤差(n = 3)として示してある。 The reaction rate constant k of oxidative folding is the apparent reaction rate constant obtained by fitting the experimental value (Fig. 1a) with %HEL activity = A max (1-e -kt ), where A max is the maximum enzyme activity of HEL recovered by folding. The time required for the enzyme activity to recover by 50%, t 50 [min], is the time required for the enzyme activity of HEL to recover by 50% in the refolding reaction of 4SS HEL . All data in the table are shown as the mean ± standard error (n = 3).

<高速液体クロマトグラフィー(HPLC)によるリゾチームのフォールディング収率の評価>
RHELの酸化的フォールディングおよび4SSHELのリフォールディングを既述の方法に従って開始した。一定時間後、反応溶液から200 μLを分注し、2-aminoethyl methanethiosulfonate(AEMTS; 文献 [M. Iwaoka, et al., Heteroatom Chem.2001, 19, 293-299]により合成)水溶液(7 mg/mL, 200 μL)が入った1.5 mL容量のプラスチックチューブに移した。得られたサンプル溶液に酢酸(10 μL)を加えて混合し、溶液のpHを3.5に調整したのち、カラムクロマトグラフィー(Sephadex G-50 DNA Grade F、GEヘルスケアライフサイエンス、展開溶媒:0.1 M 酢酸水溶液)を用いて、脱塩・精製した。得られたサンプル溶液を凍結乾燥し、得られた残渣を0.1% トリフルオロ酢酸水溶液(1100 μL)に溶解し、逆相カラムを用いた高速液体クロマトグラフィー(HPLC)分析によってリゾチームのフォールディング収率を見積もった。HPLC分析条件は文献(K. Arai, et al., Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, 13194-13212)を参考に実施した。
<Evaluation of lysozyme folding yield by high performance liquid chromatography (HPLC)>
Oxidative folding of R HEL and refolding of 4SS HEL were initiated as previously described. After a certain time, 200 μL of the reaction solution was dispensed and transferred to a 1.5 mL plastic tube containing 2-aminoethyl methanethiosulfonate (AEMTS; synthesized according to the literature [M. Iwaoka, et al., Heteroatom Chem.2001, 19, 293-299]) aqueous solution (7 mg/mL, 200 μL). The resulting sample solution was mixed with acetic acid (10 μL) and the pH of the solution was adjusted to 3.5. The sample was then desalted and purified using column chromatography (Sephadex G-50 DNA Grade F, GE Healthcare Life Sciences, eluent: 0.1 M acetic acid aqueous solution). The obtained sample solution was freeze-dried, and the residue was dissolved in 0.1% trifluoroacetic acid aqueous solution (1100 μL), and the folding yield of lysozyme was estimated by high performance liquid chromatography (HPLC) analysis using a reversed-phase column. The HPLC analysis conditions were based on the literature (K. Arai, et al., Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, 13194-13212).

図2は、合成化合物1aの非存在下(a)と存在下(b)における還元型リゾチーム(RHEL)の酸化的フォールディング実験および、合成化合物1aの非存在下(c)と存在下(d)におけるミスフォールドリゾチーム(4SSHEL)のリフォールディング実験から得られたサンプルのHPLCクロマトグラムを示す。図2の各反応条件は図1と同じである。
図2においては、HPLCを用いて、HELの酸化的フォールディングおよびリフォールディング反応中のサンプル内の成分分析を実施した。合成化合物1a存在下では、いずれの実験においてもより素早くN体が生成している様子が確認できる。この結果は、酵素活性回復率から評価したHELのフォールディング速度の評価結果と矛盾はない。
Figure 2 shows HPLC chromatograms of samples obtained from the oxidative folding experiment of reduced lysozyme (R HEL ) in the absence (a) and presence (b) of synthetic compound 1a, and the refolding experiment of misfolded lysozyme (4SS HEL ) in the absence (c) and presence (d) of synthetic compound 1a. The reaction conditions in Figure 2 are the same as those in Figure 1.
In Figure 2, the components in the samples during the oxidative folding and refolding reactions of HEL were analyzed by HPLC. In both experiments, it was confirmed that the N-isomer was produced more quickly in the presence of synthetic compound 1a. This result is consistent with the evaluation of the folding rate of HEL evaluated from the enzyme activity recovery rate.

<合成化合物による熱変性リゾチームの凝集抑制効果の評価>
合成化合物のタンパク質の凝集抑制効果を、以下の方法で確認した。
市販のニワトリ卵白リゾチーム(富士フィルム和光純薬株式会社 5.0 mg)を0.5 mM EDTA および0.28 M NaClを含む50 mM Tris-HCl緩衝溶液 pH 7.5(1.0 mL)加えて溶解した。紫外可視吸光高度計(ε280 = 37600 cm-1 M-1)を用いて、リゾチームの濃度を決定し、200 μMになるように同緩衝溶液を用いて希釈した。合成化合物(1a~d及び2のいずれか)を1.0 mMになるように同緩衝溶液を用いて調製した。合成化合物1aについては、濃度依存性を確認するために、0.04、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 mMについても同緩衝溶液を用いて調製した。1.5 mL容量のプラスチックチューブに調整したリゾチーム溶液(400 μL)と化合物溶液を400 μL加え、30、50、70、80、90℃の各温度で5分間インキュベーションし、加熱したサンプルは、直ちに23℃で30分間静置した。サンプル溶液を3分間遠心分離機(14000 rpm)にかけ、不溶解性沈殿物を沈降させたのち、文献(K. Arai, et al., Chem. Asian J. 2014, 9, 3464-3471)を参考に、得られたサンプル中に含まれる酵素活性量を見積もった。
<Evaluation of the effect of synthetic compounds in inhibiting aggregation of heat-denatured lysozyme>
The protein aggregation inhibitory effect of the synthetic compounds was confirmed by the following method.
Commercially available hen egg white lysozyme (5.0 mg, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 50 mM Tris-HCl buffer solution, pH 7.5 (1.0 mL), containing 0.5 mM EDTA and 0.28 M NaCl. The concentration of lysozyme was determined using a UV-Vis spectrophotometer (ε 280 = 37600 cm -1 M -1 ) and diluted to 200 μM with the same buffer solution. Synthetic compounds (1a-d and 2) were prepared to 1.0 mM with the same buffer solution. For synthetic compound 1a, 0.04, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, and 0.8 mM were also prepared with the same buffer solution to confirm the concentration dependence. The prepared lysozyme solution (400 μL) and 400 μL of the compound solution were added to a 1.5 mL plastic tube and incubated at 30, 50, 70, 80, and 90°C for 5 minutes. The heated samples were immediately left to stand at 23°C for 30 minutes. The sample solutions were centrifuged (14,000 rpm) for 3 minutes to sediment the insoluble precipitates, and the enzyme activity in the obtained samples was estimated with reference to the literature (K. Arai, et al., Chem. Asian J. 2014, 9, 3464-3471).

結果を図3に示す。
図3(a)は、90℃で10分間加熱後、23℃まで冷却した時に得られた0.28 M NaClおよび0.5 mM EDTAを含む50 mM Tris-HCl緩衝溶液 pH 7.5 中のHEL溶液(100 μM)の写真を示す。図3(b)は、(a)と同様の実験から得られたサンプル溶液中のHELの相対的な酵素活性回復率を示す。データは平均値±標準誤差(n = 3)として示してある。図3(c)は熱変性後のHELの凝集と酵素活性回復率に与える化合物1aの濃度依存性を示す。反応条件は化合物1aの濃度条件を除いて(a)と同様である。
HELは加熱によって変性し、分子間の会合が起こり、凝集(白濁)する。化合物を入れないサンプル(Blank)はもちろん、化合物2、化合物2とヒスチジン以外のアミノ酸を接合した化合物(1b~d)、化合物2とアミノ酸ヒスチジンを混合したもの(2+His)、さらに凝集抑制剤としてしばしば用いられるグアニジン塩酸塩(Gdn-HCl)を添加したサンプル溶液は熱変性後、凝集体形成による白色沈殿が観測された。一方、化合物1aを添加することで凝集体の形成は確認されなかった(a)。さらに酵素活性回復率を見積もってみると、化合物1aの共存下で酵素活性をほぼ100%回復した(b)。さらに、1aの凝集抑制効果は0.3 mMという極めて低濃度においても十分な効果を発揮することも分かった(c)。
The results are shown in Figure 3.
Figure 3(a) shows a photograph of HEL solution (100 μM) in 50 mM Tris-HCl buffer solution, pH 7.5, containing 0.28 M NaCl and 0.5 mM EDTA, obtained by heating at 90 °C for 10 min and then cooling to 23 °C. Figure 3(b) shows the relative enzyme activity recovery rate of HEL in the sample solution obtained from the same experiment as in (a). Data are shown as mean ± standard error (n = 3). Figure 3(c) shows the concentration dependence of compound 1a on the aggregation of HEL after heat denaturation and the enzyme activity recovery rate. The reaction conditions were the same as in (a) except for the concentration of compound 1a.
HEL is denatured by heating, and intermolecular association occurs, resulting in aggregation (white turbidity). After thermal denaturation, white precipitates due to aggregate formation were observed in the sample solutions containing no compound (Blank), as well as compound 2, compounds in which compound 2 was conjugated with an amino acid other than histidine (1b-d), a mixture of compound 2 and the amino acid histidine (2+His), and sample solutions containing guanidine hydrochloride (Gdn-HCl), which is often used as an aggregation inhibitor. On the other hand, no aggregate formation was observed when compound 1a was added (a). Furthermore, when the enzyme activity recovery rate was estimated, the enzyme activity was recovered to almost 100% in the presence of compound 1a (b). Furthermore, it was found that the aggregation inhibition effect of 1a was sufficient even at an extremely low concentration of 0.3 mM (c).

<凝集反応が伴う高濃度RHELの酸化的フォールディング>
合成化合物の酸化的フォールディングと凝集抑制効果を以下の方法で確認した。
合成化合物(1a~d及び2のいずれか、あるいはGSSG)およびGSHをそれぞれ2.67 mMおよび533 μMになるようにアルゴンガスでバブリングした1 mM EDTA を含む100 mM Tris-HCl 緩衝溶液 pH 7.5を用いて調製した。上記で調製したRHEL(2 mg)の粉末を1 mM EDTAおよび 4 M ureaを含む100 mM Tris-HCl 緩衝溶液 pH 7.5に溶解した。試料中のRHEL濃度を紫外可視吸光高度計(ε280= 33890 cm-1 M-1)を用いて決定し、RHELの濃度が200 μMになるように同緩衝溶液を用いて希釈した。調整したRHEL溶液(50 μL)、合成化合物溶液(75 μL)、GSSG溶液(75 μL)を素早く混合し、37.0℃で反応させた。5時間および24時間後、サンプル溶液から48 μL分注し、3 M 塩酸水溶液(2 μL)を加えて反応を停止し、冷蔵庫で保存した。文献(K. Arai, et al., Chem. Asian J.2014, 9, 3464-3471)を参考に、各時間で得られたサンプル中に含まれる酵素活性量を見積もった。
<Oxidative folding of high-concentration R HEL accompanied by aggregation reaction>
The oxidative folding and aggregation inhibitory effects of the synthesized compounds were confirmed by the following methods.
The synthetic compounds (1a-d and 2, or GSSG) and GSH were prepared in a 100 mM Tris-HCl buffer solution containing 1 mM EDTA, pH 7.5, with argon gas bubbling to give concentrations of 2.67 mM and 533 μM, respectively. The powder of R HEL (2 mg) prepared above was dissolved in a 100 mM Tris-HCl buffer solution containing 1 mM EDTA and 4 M urea, pH 7.5. The R HEL concentration in the sample was determined using a UV-Vis spectrophotometer (ε 280 = 33890 cm -1 M -1 ), and the sample was diluted with the same buffer solution to a concentration of 200 μM. The prepared R HEL solution (50 μL), synthetic compound solution (75 μL), and GSSG solution (75 μL) were quickly mixed and reacted at 37.0°C. After 5 and 24 hours, 48 μL of the sample solution was dispensed, 3 M hydrochloric acid solution (2 μL) was added to stop the reaction, and the solution was stored in a refrigerator. The amount of enzyme activity contained in the sample obtained at each time point was estimated based on the literature (K. Arai, et al., Chem. Asian J.2014, 9, 3464-3471).

結果を図4に示す。
図4の反応条件は、[RHEL]0=50 μM、[GSH]0=1.0 mM、[Compound]0=0.20 mM、37℃、pH 7.5、1 M urea存在下。反応時間はGSSGを用いた場合は24時間、その他は5時間であった。データは平均値±標準誤差(n = 3)として示してある。
GSSGおよびGSHを含む緩衝溶液はタンパク質の酸化的フォールディングを行う際の溶媒として広く用いられる。図4では、GSSGの代わりに、合成した化合物1a~dのいずれかを添加し、50 μM(0.7 mg/mL)という高濃度の条件でHELの酸化的フォールディングを実施した。通常このような高い濃度条件では、RHELがオリゴマー化、ひいては凝集し、十分なフォールディング収率を達成できない。実際、GSSG/GSH (0.2/1.0 mM)を用いた場合、フォールディング収率はわずか24時間後で25%程度であった。一方、合成化合物1/ GSH (0.2/1.0 mM)を用いた場合、フォールディング収率は反応時間5時間で55%まで上昇した。2/ GSH (0.2/1.0 mM)や2/His/GSH (0.2/0.2/1.0 mM)を用いた場合、フォールディング収率は37%程度にとどまったことを考えれば、合成化合物1(特に1a)がHELのオリゴマー化・凝集体形成を抑制したことによって、さらなるフォールディング収率の向上がなされたものと考察できる。
The results are shown in Figure 4.
The reaction conditions in Figure 4 were [R HEL ] 0 =50 μM, [GSH] 0 =1.0 mM, [Compound] 0 =0.20 mM, 37°C, pH 7.5, and in the presence of 1 M urea. The reaction time was 24 hours when GSSG was used and 5 hours for the others. Data are shown as the mean ± SEM (n = 3).
Buffer solutions containing GSSG and GSH are widely used as solvents for oxidative folding of proteins. In Fig. 4, instead of GSSG, one of the synthesized compounds 1a-d was added and oxidative folding of HEL was carried out at a high concentration of 50 μM (0.7 mg/mL). Normally, such high concentration conditions cause R HEL to oligomerize and aggregate, making it impossible to achieve a sufficient folding yield. In fact, when GSSG/GSH (0.2/1.0 mM) was used, the folding yield was only about 25% after only 24 hours. On the other hand, when the synthetic compound 1/GSH (0.2/1.0 mM) was used, the folding yield increased to 55% after 5 hours of reaction time. Considering that the folding yield was only about 37% when 2/GSH (0.2/1.0 mM) or 2/His/GSH (0.2/0.2/1.0 mM) was used, it is considered that the synthetic compound 1 (especially 1a) suppressed the oligomerization and aggregate formation of HEL, thereby further improving the folding yield.

化学合成法あるいはリコンビナント法で調製したポリペプチド鎖を生理活性なタンパク質として得るためにはフォールディングの工程が必須である。本発明によれば、タンパク質のフォールディングが可能となる。本発明の環状ジセレニド化合物、タンパク質フォールディング剤、及びタンパク質のフォールディング方法は、構造生物学や創薬分野において有益な新規タンパク質の人工調製において有用である。 A folding step is essential to obtain a physiologically active protein from a polypeptide chain prepared by chemical synthesis or recombinant methods. According to the present invention, protein folding is possible. The cyclic diselenide compound, protein folding agent, and protein folding method of the present invention are useful in the artificial preparation of novel proteins that are beneficial in the fields of structural biology and drug discovery.

Claims (4)

下記式(1)で表される環状ジセレニド化合物又はその塩。
(式中、Rは、-L-Xで示される基、または-Xで示される基を示し、Lは炭素数1~10の炭化水素基を示し、Xはイミダゾール基、-NH、-NH-C(=NH)-NH、または-Hを示す。)
A cyclic diselenide compound represented by the following formula (1) or a salt thereof:
(In the formula, R represents a group represented by -L-X or a group represented by -X, L represents a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X represents an imidazole group, -NH 2 , -NH-C(═NH)-NH 2 , or -H.)
Rが

の何れかである、請求項1に記載の化合物又はその塩。
R

The compound or salt thereof according to claim 1,
請求項1又は2に記載の環状ジセレニド化合物又はその塩を含む、タンパク質フォールディング剤。 A protein folding agent comprising the cyclic diselenide compound or a salt thereof according to claim 1 or 2. 請求項1又は2に記載の環状ジセレニド化合物又はその塩の存在下において、構造未形成タンパク質を処理する工程を含む、タンパク質のフォールディング方法。 A method for folding a protein, comprising a step of treating an unstructured protein in the presence of the cyclic diselenide compound or a salt thereof according to claim 1 or 2.
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