KATライゲーション：アシルトリフルオロホウ酸カリウムによるアミド結合形成ライゲーション
定義。 KATライゲーション（アシルトリフルオロホウ酸カリウムライゲーション）は、アシルトリフルオロ ホウ酸カリウム（KAT）とO-置換ヒドロキシルアミンの間で進行するケモセレクティブなアミド 結合形成反応である。水中・無保護のペプチドに対して進行し、縮合剤を必要としないため、 ペプチド断片の連結、生体分子の標識、ハイドロゲルの形成などに有用である。
アシルトリフルオロホウ酸カリウム（KAT）とは？
アシルトリフルオロホウ酸カリウムは R-C(=O)-BF3K の構造をもつアシルホウ素化合物であり、 トリフルオロホウ酸基がカルボニル炭素に直接結合している。KATは通常、取り扱いやすい 安定な塩である。KATライゲーションにおいて、KATはアシル供与体として働き、その カルボニルが新たに生成するアミド結合のカルボニルとなる。
KATライゲーションはどのようにアミド結合を形成するのか？
KATは水中・弱酸性条件下でO-置換ヒドロキシルアミンと反応してアミドを生成する。いずれの 反応成分も無保護ペプチド中の遊離アミノ基、カルボキシ基、チオール、ヒドロキシ基と 反応しないため、本反応はケモセレクティブであり、保護基や活性化試薬を必要としない。
KATライゲーションは化学的タンパク質合成でどのように用いられるのか？
化学的タンパク質合成では、固相ペプチド合成で調製したペプチド断片をケモセレクティブに 連結し、一度に合成できない長鎖タンパク質を構築する。KATライゲーションはアミド結合を 形成する切断様式を提供し、ネイティブケミカルライゲーションを補完する。その決定的な 利点は反応濃度にある：ネイティブケミカルライゲーションやKAHAライゲーションがミリモル 濃度の反応物を必要とするのに対し、KATライゲーションは希薄溶液でも速やかに進行する。 我々の2026年の研究（Science）では、100〜200マイクロモル濃度で断片を連結し、57残基の アポリポタンパク質C-I、および凝集しやすいヒトPD-L2免疫グロブリンVドメインを合成した。
KATはどのようにして固相ペプチド合成に耐えるのか？（ONNO配位子）
長年、KATライゲーションによるタンパク質合成の障害となっていたのは、C末端KATがFmoc 固相ペプチド合成に耐えられないことであった——反応性の高いカルボニルとトリフルオロ ホウ酸基の両方を同時に保護し、かつ繰り返しの塩基・酸処理に耐える保護基が存在しなかった ためである。私がSteiner、Bodeとともに報告した四座配位子ONNO（Science 2026）は、 ホウ素をキレートしてKATを取り扱いやすい安定な両性イオン型有機ホウ素錯体として保護する。 この錯体はFmoc固相合成とトリフルオロ酢酸による切断に耐え、その後、市販試薬DMPU·HFを 用いて温和な条件で、立体配置を完全に保持したまま脱保護できる。ONNOはまた、一時的な 親水性ハンドルとして働き、扱いにくい疎水性断片の精製を助ける。
KATライゲーションは他のケモセレクティブライゲーションと比べてどうか？
ネイティブケミカルライゲーションはC末端チオエステルとN末端システインを連結する。 セリン/トレオニンライゲーションはC末端サリチルアルデヒドエステルとN末端セリンまたは トレオニンを用いる。KAHAライゲーションはα-ケト酸とヒドロキシルアミンを連結する。KAT ライゲーションも同様にアミド結合を形成しヒドロキシルアミンを基盤とするが、アシルホウ素を アシル供与体として用いる。複数のケモセレクティブライゲーションの速度定数は等モル水溶液 条件下で比較されている（ACS Chem. Biol.、下記参考文献）。
KATはどのように合成するのか？
我々が報告した一つの経路では、カルボン酸をKATへと変換する：まずカルボン酸をイソブチル 混合酸無水物として活性化し、次いで銅触媒下でビス(ピナコラート)ジボロンによりホウ素化し、 最後にKHF2水溶液で処理する（Tung, Schuhmacher, Schilling, Bode, Mankad, Angew. Chem. Int. Ed. 2022）。
KATライゲーションに関する私の研究
参考文献
- Rapid Ligations with Equimolar Reactants in Water with the Potassium Acyltrifluoroborate (KAT) Amide Formation. J. Am. Chem. Soc. doi:10.1021/ja5018442
- Critical Evaluation and Rate Constants of Chemoselective Ligation Reactions for Stoichiometric Conjugations in Water. ACS Chem. Biol. doi:10.1021/cb5006728
- Synthesis of Acyltrifluoroborates. Org. Lett. doi:10.1021/ol300668m
- Native chemical ligation. Science 1994. doi:10.1126/science.7973629
- Serine/threonine ligation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. doi:10.1073/pnas.1221012110
- KAHA ligation. Angew. Chem. 2006. doi:10.1002/ange.200503991