인독실 배당체는 효소 스크리닝 및 효소 활성 모니터링을 위해 잘 정립되고 널리 사용되는 도구입니다. 특히 포도당 유형 구조의 경우 이전 합성은 까다롭고 수율이 낮은 것으로 판명되었습니다. 당사의 새로운 접근법은 인독실산 에스테르를 귀중한 중간체로 사용하여 상당한 수의 인독실 배당체를 좋은 수율로 산출합니다.
이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.
인독실 배당체는 효소 스크리닝 및 효소 활성 모니터링을 위해 잘 정립되고 널리 사용되는 도구입니다. 특히 포도당 유형 구조의 경우 이전 합성은 까다롭고 수율이 낮은 것으로 판명되었습니다. 당사의 새로운 접근법은 인독실산 에스테르를 귀중한 중간체로 사용하여 상당한 수의 인독실 배당체를 좋은 수율로 산출합니다.
인독실 배당체는 글리코시다아제 활성을 모니터링하기 위한 가치 있고 다재다능한 도구임이 입증되었습니다. 인독실은 효소 가수분해에 의해 방출되며 예를 들어 대기 산소에 의해 인디고 유형 염료로 빠르게 산화됩니다. 이 반응을 통해 효소의 분리 또는 정제 없이 in vivo에서 빠르고 쉽게 스크리닝할 수 있을 뿐만 아니라 한천 플레이트 또는 용액(예: 청백색 스크리닝, 마이크로 웰)에 대한 신속한 테스트가 가능하며 생화학, 조직화학, 세균학 및 분자 생물학에 사용됩니다. 불행히도 이러한 기질의 합성은 다양한 부반응과 인독실 하이드록실 기능의 낮은 반응성으로 인해 어려운 것으로 판명되었습니다. 특히 포도당 유형 구조의 경우 낮은 수율이 관찰되었습니다. 당사의 새로운 접근법은 인독실산 에스테르를 주요 중간체로 사용합니다. 다양한 치환 패턴을 가진 인독실산 에스테르는 확장 가능한 경로에서 준비되었습니다. 이러한 수용체 및 과아세틸화 글리코실 할라이드를 사용한 상 전달 당화는 높은 수율의 일반적인 조건에서 수행할 수 있습니다. 에스테르 절단과 그에 따른 연은 매개 글리코실화는 높은 수율로 과아세틸화 인독실 배당체를 생성합니다. 마지막으로 Zemplén에 따라 보호 해제가 수행됩니다.
오랫동안 인디고의 생산은 경제적으로 매우 중요한 과정이었습니다. 대규모 화학 합성을 통해 인디고를 저렴하게 얻을 수 있게 되기 전까지, 기원전부터 전구체는 천연 자원에서 얻었습니다. 인도 인디고 식물의 인디고 전구체 함량(0.2-0.8 %)이 약 30배 더 높았기 때문에, 17세기 유럽에서는 인디고 생산 식물(천연 인디고)의 재배가 수익성이 낮아졌습니다. 19세기 말에 이르러 인디고의 화학 합성이 이루어지면서 전통적인 재배 방식은 쇠퇴하였습니다1,2.
식물에서 천연으로 발생하는 인디고 전구체에는 인디칸(Indican) (1), 인사탄 A(Insatan A) (2) 및 이사탄 B(Isatan B) (3)가 포함됩니다(Figure 1). 이들은 모두 글리코실 잔기와 연결된 인독실 모티프로 구성되어 있습니다. 예를 들어 효소 가수분해에 의해 글리코시드 결합이 절단되면 인독실(indoxyl) (4)이 방출됩니다. 인독실 자체는 거의 무색이지만, 빠르게 산화되어 인디고 염료(5)를 형성할 수 있습니다. 이러한 민감한 반응은 생화학, 조직화학, 세균학 및 분자생물학에서 효소 활성을 모니터링하는 데 응용되어 왔습니다. 효소를 분리하거나 정제하지 않고 in vivo에서 활성을 스크리닝하거나, 한천 배지 또는 용액 내에서 신속 테스트(e.g., blue-white 스크리닝, 마이크로웰)를 수행하는 것이 가능합니다. 인독실 부분에 연결된 잔기(e.g., 에스테르, 글리코사이드, 황산염)에 따라 다양한 효소군(e.g., 에스테라제, 글리코시다제, 설파타제)에 적합한 기질들이 개발되었습니다3. 다음에서는 인독실 글리코사이드의 형성과 응용에 초점을 맞출 것입니다.

그림 1: 천연 인디고 전구체 및 가수분해에 의한 인디고 염료의 형성. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
인독실 부분의 치환 패턴은 결과적으로 생성되는 인디고 염료의 색상과 물리적 성질을 결정합니다. 가장 일반적인 치환 패턴은 5-bromo-4-chloro (X로 약칭; 녹청색), 5-bromo (청색) 및 5-bromo-6-chloro (마젠타색)인데, 이는 이들이 가장 작은 염료 입자를 형성하고, 과립을 생성하지 않으며, 가수분해 지점으로부터의 확산이 가장 적기 때문입니다. 마지막 특성은 in vivo 실험에서 특히 중요합니다3.
에스테라아제 활성 검출을 위한 인디고젠(indigogenic) 방법의 첫 보고는 1951년 indoxyl acetate와 butyrate를 사용한 Barrnett와 Seligman에 의해 발표되었습니다4. 약 10년 후, 인디고젠 원리는 포유류 글루코시다아제(glucosidase)의 국소화에 응용되었습니다5. 지금까지 합성이 어렵다는 점에도 불구하고 여러 종류의 indoxyl glycoside가 개발되었습니다. 대부분의 합성은 N-acetylated indoxyl을 수용체로, 각각의 glycosyl halide를 공여체로 사용하는 방식에 기반합니다6-14. 당화 반응(Glycosylation)은 수산화나트륨이 포함된 아세톤에서 수행됩니다. 이러한 조건에서는 다수의 부반응이 발생하여 수율이 크게 감소합니다. 특히 포도당 유형 구조의 경우 매우 낮은 당화 수율이 보고되었습니다(예를 들어, (N-acetyl-5-bromo-4-chloro-indol-3-yl)-2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-ᴅ-glucopyranoside의 경우 15%6, 최근 사례인 (N-acetyl-5-bromo-4-chloro-indol-3-yl)-2,3,2',3',4'-penta-O-acetyl-β-ᴅ-xylobioside의 경우 26%14). indoxylic acid ester를 사용하는 새로운 접근법을 통해 상당수의 indoxyl glycoside가 높은 수율로 제조되었습니다(예를 들어, (N-acetyl-5-bromo-4-chloro-indol-3-yl)-2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-ᴅ-glucopyranoside 수율 57%).
다음 프로토콜에서는 인독실산 알릴 에스테르(5-bromo-4-chloro)의 간단한 합성과 이를 바탕으로 한 인독실 글리코사이드(X-Gal)의 합성에 대해 설명합니다. 간단한 모델 실험을 통해 X-Gal을 이용한 β-galactosidase의 효소 반응성을 보여줍니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
일반적인 주의:
모든 반응은 흄 후드와 적절한 개인 보호 장비를 사용하여 수행되었습니다. 모든 시약 및 용매(p.a., 건조 용매의 수분 함량: MeCN <50ppm; Et2O <0.01%; 채널2Cl2 <0.003%; THF<0.005%)는 상업적인 출처에서 구입하여 받은 대로 사용했습니다. TLC는 Merck 실리카겔 60 F254 플레이트에서 수행되었습니다. 화합물은 UV 및/또는 EtOH/H2SO4 (9:1) 처리 및 후속 가열에 의해 검출되었습니다. 컬럼 크로마토그래피는 Merck/Fluka 실리카겔 60(230-400 메시)을 사용하여 수행했습니다. 여과는 Büchner 깔때기 및 흡인기 펌프를 사용하여 수행되었습니다. 회전 증발기(40°C, ~200rmp)를 사용하여 용매를 제거했습니다. 제품은 고진공(로터리 베인 펌프)에서 건조되었습니다. 건조 용매를 필요로 하는 반응은 아르곤 분위기 하에서 수행되었습니다.
다음에서는 5-bromo-4-chloro-indoxylic acid allyl ester (12)를 사용하는 X-Gal (16)의 합성이 설명됩니다. 다양한 치환 패턴을 가진 추가 화합물과 이 합성 서열에 따라 제조된 메틸 에스테르에 대해서는 ref.17-19를 참조하십시오.
1. 수용체 : 5- 브로 모 -4- 클로로 - 인독실 산 알릴 에스테르의 합성18 (12)
2. Indoxyl-Glycoside : X-Gal17의 합성
3. 모델 실험 예시 : X-Gal을 사용하는 β-galactosidase의 활동 증명
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
indicane 및 5-bromo-indicane의 최초 합성은 이미 1927년과 1929년에 Robertson에 의해 발표되었습니다15,16. indoxylic acid methyl ester를 수용체로 사용하여 반응성이 높은 2번 위치를 차단함으로써 부반응을 부분적으로 억제했습니다. 탈보호 및 탈탄산 반응(160 °C, acetic anhydride, 1 hr) 이후 acetone/sodium hydroxide에서 글리코실화(glycosylation)를 진행하고, 최종적으로 탈아세틸화를 거쳐 Indicane과 5-bromo-indicane을 얻었습니다. 이러한 개념을 바탕으로, 본 연구진은 indoxylic acid allyl ester를 수용체로 사용하는 개선된 indoxyl glycoside 합성법을 개발했습니다17-19. 수용체 합성은 각각의 치환된 aniline 유도체 (5)에서 시작됩니다(Figure 2). 아미노 기능기의 아세틸화 (6) 후, p...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
특히 포도당 유형 구조와 더 복잡한 당류에 대한 낮은 수율과 한계로 인해 인독실 배당체에 대한 새로운 합성 접근법이 개발되었습니다. 인독실산 에스테르는 귀중한 핵심 중간체임이 입증되었으며 확장 가능한 모듈식 경로로 얻어졌습니다. 모든 단계는 수율이 높으며 저렴한 출발 물질과 쉬운 정밀 작업으로 인해 멀티그램 합성이 가능합니다. 알릴 에스테르 접근법의 장점은 반응성 2-위치를 차단한다는 것입니다. 따라서 수율 감소 부반응이 억제됩니다. 알릴 에스테르를 사용하면 선택적 절단이 가능하며, 이는 카르복실 기능을 포함하는 기질에서 특히 중요합니다.
이들 수용체의 상 전달 글리코실화는 각각의 과아세틸화 글리코실 할로겐화물로 수행되었으며 일반적인 조건에서 높은 수율에 성공했습니다. 그 후, 알릴 에스테르를 팔라듐 촉매로 선택적으로 절단하고, 조제물을 온화한 은 매개 탈카르복실화를 거쳤다. 이것이 합성의 핵심 단계입니다. 특히 반응 시간을 짧게 유지하고 온도를 최대한 낮게 유지하는 것이 중요했...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.
덴마크 코펜하겐에 소재한 Glycom A/S의 이 작업에 대한 지원에 감사드립니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 아세트산 무수물 | Grü ssing | 10298 | 부식성, 가연성 |
| 아세 | 시그마-알드리치 | 608-001-00-3 | 유해, 인화성 |
| 알릴 알코올 | 알드리치 | 453021 | 유해하고 환경에 위험한 |
| 앰버라이트 IR-120 H+ | Fluka | 06428 | 자극성 |
| 브로모아세트산 | Merck | 802260 | 부식성, 독성, 위험 환경을 위해: |
| 4-Bromo-3-chloro-2-methylaniline | ABCR | AB 171687 | 자극성 |
| 디클로로메탄 | ACROS | 326850010 | 유해한 |
| 디에틸 에테르 | Grü ssing | 10274 | 유해하고 극도로 가연성 |
| 인 디메틸 포름 아미드 | ACROS | 348430010 | 유해하고 가연성 |
| Dimethylsulfoxide | Sigma-Aldrich | 41648 | |
| 에틸 아세테이 | Sigma-Aldrich | 607-022-00-5 | 자극성 인화성 |
| 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 | AppliChem | A1103.0500 | 자극성 |
| &베타; 1,3-갈락토시다아제, 재조합, E. coli | Calbiochem | 345795 | |
| 염산 | VWR | 20252.290 | 부식성 |
| 황산마그네슘 수화물 | Merck | 105885 | |
| 메탄올 | ACROS | 326950010 | 독성, 인화성 |
| Morpholine | Janssen Chimica | 15.868.57 | 부식성, 인화성 |
| Peroleum ether | Azelis | 111053 | 가연성, 자극성, 환경에 위험 |
| 탄산칼 | Grü ssing | 12005 | 부식성 |
| 과망간산 칼륨 | Gr ü ssing | 12056 | 유해하고 산화성 |
| Potassium tert-butoxide | Merck | 804918 | 부식성, 가연성 |
| Pyridine | Sigma-Aldrich | 613-002-00-7 | 유해하고 가연성 |
| Silver acetate | Fluka | 85140 | 환경에 위험한 자극성 |
| 중탄산나트륨 | Grü ssing | 12144 | 부식성 |
| 수소화 나트륨 | Merck | 814552 | 부식성, 가연성 |
| 수산화 나트륨 | Riedel-de H ä en | S181200 | 부식성 |
| 나트륨 메탄올 레이트 | Merck | 806538 | 부식성, 가연성 |
| 황산나트륨 | Grü ssing | 12175 | |
| 테트라부틸암모늄 수소황산 | 염 랭커스터 | 5438 | 유해한 |
| 테트라하이드로푸란 | 시그마-알드리치 | 87371 | 유해하고 인화성 |
| 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) | 시그마-알드리치 | 216666 | |
| 트리포스겐 | 플루카 | 15217 | 독성 |
| 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄 염산염 | Sigma | T-3253 | 자극제 |
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.