DNAリン酸をキラル触媒へと再設計(Reimagine biocatalysis: Turning DNA phosphates into chiral catalysts)

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2025-11-03 シンガポール国立大学(NUS)

シンガポール国立大学(NUS)の朱如意(Zhu Ru-Yi)助教授率いる研究チームは、DNAのリン酸基が触媒として機能し、医薬品分子などの光学活性化合物(キラル化合物)を高選択的に合成できることを発見した。DNAのリン酸は負電荷を帯び、正電荷を持つ反応物を引き寄せる「イオンペア効果」により反応を制御する。これにより、鏡像異性体のうち特定の一方だけを生成でき、環境負荷の低い合成が可能となる。チームは「PSスキャニング」と呼ばれる新手法を開発し、DNAのどのリン酸基が触媒活性に寄与するかを特定。また、香港中文大学の張興龍教授と連携したシミュレーションで機構を検証した。研究成果は『Nature Catalysis』誌に掲載され、「DNAリン酸を人工酵素として利用できる」ことを実証。今後、医薬品や高価値分子の持続可能な製造法への応用が期待される。

DNAリン酸をキラル触媒へと再設計(Reimagine biocatalysis: Turning DNA phosphates into chiral catalysts)Ionic interactions involving DNA phosphates are ubiquitous and essential across all kingdoms of life. For the first time, their catalytic potential has been demonstrated in a variety of asymmetric transformations through ion-pairing interactions in water. (Credit: National University of Singapore)

<関連情報>

DNAリン酸は水中での不斉イオン対触媒に有効な触媒である DNA phosphates are effective catalysts for asymmetric ion-pairing catalysis in water

Zhaoyang Li,Yang Zheng,Qi Zhao,Yihan Li,Adon Yap,Xinglong Zhang & Ru-Yi Zhu
Nature Catalysis  Published:31 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41929-025-01437-z

Abstract

Ionic interactions between DNA phosphates and positively charged amino acid residues in aqueous environments are ubiquitous and essential across all biological systems. Such interactions are readily disrupted by polar solvents according to Coulomb’s law, which accounts for the predominant use of non-polar or weakly polar organic solvents in chiral phosphate-mediated asymmetric organocatalysis. This intriguing discrepancy prompted us to exploit the possibility of conducting asymmetric catalysis in water with intrinsically chiral and abundant DNA phosphates. Here we experimentally and computationally demonstrate that DNA phosphates play a critical role in rate acceleration and stereoinduction through ion-pairing interactions with cationic reagents, featuring a cation-dependent dynamic and adaptive nature of the DNA catalyst rarely seen in highly specific enzymatic systems.

有機化学・薬学
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