【解説】
CLICK CHEMISTRY（ク リ ッ ク ケ ミ ス ト リ ー） が 提 案 さ れ て か ら10年 が 経 過 し た．こ の 間，多 く の 科 学 者 に よ っ て 創 薬分野のみならず，複合ナノ材料分野にわたる広範囲な分野 で 利 用 さ れ る よ う に な っ た．ク リ ッ ク ケ ミ ス ト リ ー に よ っ て，望みの場所に，望みのタイミングで，望みの分子どうし を結合することができれば，目的の機能性分子を構築するこ とが可能になる．この分野の発展によって，熟練した化学者 だけでなく，誰もが構築できる分子の種類は大きく拡大した のである．その中でもやはり創薬研究に対する期待度が高い ことは言うまでもない．
クリックケミストリーは，K. Barry Sharpless（2001 年度ノーベル化学賞）らによって提案された概念で（1）， その名の通り，ベルトのバックルを click" して繋ぎ合 わせるように，互いの分子を結合させることができるよ うな合成化学を表わしている（図1）．すなわち，実験 操作が非常に簡便で，副生成物をほとんど生じることな く目的生成物のみを高収率に与え，水中を含む様々な溶 媒環境下でも効率よく進行する上に，タイプの異なる分 子でも互いに結合させることが可能である化学反応のこ
とである．このクリック反応のみを利用して望みの機能 をもつ分子を合成できるかどうかとういう点が最も重要 となる．
クリックケミストリーが誕生してから10年が経過し た．クリックケミストリーは，化学者のみならず，合成
クリックケミストリー
創薬やケミカルバイオロジーの強力なツール
北山 隆 * 1 ，馬場良泰 * 2
Takashi KITAYAMA, Yoshiyasu BABA, *1近畿大学農学部，
*2塩野義製薬（株）創薬・探索研究所 図1■クリックケミストリーの概念
を専門としない生化学者にも利用されるようになり，そ の結果，創薬化学から複合ナノ材料分野にまたがる多岐 にわたる分野で広く応用されるようになった．
2011年12月末時点における調査によると，2001年の 報告以来，クリックケミストリー関連で6,100報を超え る報告があり，この数を見てもクリックケミストリーが 強力なツールであることが証明されたと言える．ここで は，クリックケミストリーが合成ツールとしてなぜ優れ ているのかについて解説するとともに，そのツールを利 用した創薬およびケミカルバイオテクノロジーの展開に ついて紹介したい．
クリックケミストリーとは（2a〜c）
クリックケミストリーの概念については，筆者らがい くつかの著書で述べているが，後の説明に必要な内容を 含むので，ここでもふれておきたい．
すなわち，以下の特徴を示す反応がクリック反応で，
1） 保護基を用いなくても高収率かつ高選択的に進行 し，副生成物が生成しない
2） 反応操作が簡便でかつ精製が容易（カラム不要）
3） 多様な原料が入手容易 4） 熱力学的に不可逆な反応
5） 水中およびバッファー中など，生理的条件下でも 反応が進行
と定義される，いわば perfect reaction" である．
このような条件を満たして反応が進行するためには，
出発物質が高いエネルギーを有し，熱力学的に有利な発 熱反応によって安定な生成物を与えることが重要とな る．
たとえば，カルボニル化合物とヘテロ原子を有する化 合物との縮合反応，ひずみのかかったエポキシドやアジ リジンに対するヘテロ原子求核剤による開環反応，また アセチレンとアジドとのHuisgen型1,3-dipole付加環化 反応によるトリアゾール生成反応（3）などは典型的なク リックケミストリーの候補として挙げられる．
最も活用されているクリックケミストリー
これまで最も活用されてきたクリックケミストリー は，やはり1,3-dipole付加環化反応として知られている アジドとアセチレンによる1,2,3-トリアゾール合成であ
ろう（3, 4）．なぜこの反応が最も活用されているのか，そ
の理由をかいつまんで解き明かしてみよう．
まず，アジドとアセチレンはどちらも高いポテンシャ ルエネルギーを有し，トリアゾール生成は45 kcal/mol 以上の発熱反応となる．図2に示すように本反応は，加 熱下では および の付加環化体が1 : 1の割合で得 られるが，反応試薬や触媒の選択によって，完全に位置 選択的に制御された生成物が得られる（5〜10）．一方，室 温では反応速度が極端に遅いため，トリアゾールの生成 はほとんど見られない．
この反応の最も重要なポイントは，高いエネルギー状 態をもつアジドとアセチレンによる1,3-dipole付加環化
図2■トリアゾール型クリックケミ ストリーの基本的な反応様式
反応がイオンやラジカル中間体を経由しないため，反応 系中は比較的安定で，かつ他の官能基に対し反応性がほ とんどなく，水，溶媒，あるいは生体分子などが共存し ても，アジドとアセチレンのみが特異的に反応する点で ある．また，官能基としてのサイズも小さく，さらに無 極性のため他の官能基と水素結合を形成せず，生体分子 に導入してもその構造や性質が大きく変わることがほと んどない．
このようにして，アジドとアセチレンによる1,2,3-ト リアゾール合成は， perfect reaction" に近い存在とし て活用されてきたのである．そこで，この反応をクリッ クケミストリーの代表選手として，以下にその活用法に ついて述べていきたい．
クリックケミストリーの創薬およびケミカルバイオ ロジーへの応用
本節では，クリックケミストリーを用いたケミカルバ イオロジー研究や創薬支援研究への応用例を紹介す る（11a〜c）．
1. 生体分子の化学修飾 （bio-conjugation） への展開 核酸，糖鎖，タンパク質をはじめとした生体分子への 機能分子付加などの化学修飾 （bio-conjugation） による 機能改変は，ケミカルバイオロジー研究におけるバイオ プローブへの機能団の付加や，バイオイメージングのた めの蛍光基あるいはアイソトープの導入など，多岐にわ たり応用されている．一方，化学的手法による生体分子 の修飾は，複数かつ多様な生体分子中の官能基を厳密に 区別し，目的の部位のみを修飾するbioorthogonal（生 物学的直交的）な反応であることが求められる．さら に，生理的条件下（室温，水中，官能基選択的）に進行 する必要があるため，使用できる化学反応はさらに限定
されてしまう．このような生体分子への化学的な修飾反 応として，クリックケミストリーの代表的な反応である アジドと末端アセチレンとの Huisgen 型1,3-dipole付加 環化反応は，その特徴である高い選択性，不可逆反応で あること，そして空気中やバッファー中などの生理的条 件下でも反応が進行することから活発に利用されてい る．また，クリック反応に使用するアジドやアセチレン のサイズが小さいため，生体分子との結合に邪魔になら ないことも活用されている理由である．
クリックケミストリーを生体分子の修飾へ応用した先 駆 的 な 例 と し て，Finnら は モ ザ イ ク ウ イ ル ス 粒 子
（CPMV） に含まれるリジン残基を利用し，スペーサー を介してアジドを導入した後，アセチレンを有する蛍光 発色団（フルオレセイン）を用いて，銅触媒存在下，ク リックケミストリーによりウイルス表面への蛍光発色団 導入に成功している（図3）（12）．
また，活性化状態にあるタンパク質のプロテオーム解 析である activity-based protein profiling （ABPP） にお いて，クリックケミストリーを用いて酵素活性中心への タグの導入も活発に行なわれている（13a, b）．上田らは，
エピトープタグの一種であるFLAGタグをクリックケ ミストリーにより分子プローブに導入し，
（マメ科植物）の就眠運動をコントロールする標的タン パク質を単離・同定することに初めて成功した（14）．葉 の開閉運動である就眠運動をひき起こす内因性の活性代 謝産物であるpotassium isolespedezate （1） に着目し，
タンパク質中のチオールとクロスリンクするヨードアセ トアミド基，およびFLAGタグをクリック結合させる ためアジドを有するクリック型プローブ （a） をデザイ ンした（図4）． （カワラケツメイ）運動細胞プロ トプラストとクリック型プローブ をインキュベート後，
アセチレンを有するFLAGタグ （2） を加え，銅触媒を
図3■クリックケミストリーを用いた生体分子の化学修飾（bio-conjugation）：モザイクウイルス粒子（CPMV）への蛍光発色団
（フルオレセイン）の導入
用いたクリック反応の条件下 （CuACC） で，FLAGタ グを導入した． その後，抗FLAG抗体を用いて，細胞 質画分から83 kDaの標的タンパク質を見いだした．
Schultzらは，終止コドンを利用した非天然型アミノ 酸をタンパク質に導入する拡張コドン法により，アジド を有するチロシンアナログを酵素表面に発現させた後，
アセチレンを結合した蛍光色素をクリックケミストリー により結合させ，蛍光色素の導入に成功した例も報告し ている（図5）（15）．
2. クリックケミストリーの創薬への展開
創薬の探索研究では，スクリーニング化合物をハイス ループットに合成でき，取り扱いやすく，基質一般性が あり，かつ副生成物が生じない高収率で高アトムエコノ ミーな反応が望ましい．そこで本項では，クリックケミ ストリーの特性を利用することで多種多様な化合物を合 成し，活性化合物探索の迅速化につなげている例や，小 さな分子（フラグメント）をつなぎ合わせることで高活 性 化 合 物 を 探 索 す るFBDD （Fragment Based Drug Discovery） の例を紹介する．
図4■Activity-based protein profiling への応用
図5■酵素への蛍光色素の導入
1） スクリーニングライブラリー構築への応 用
特定の酵素や受容体にターゲットを絞ったスクリーニ ング化合物のフォーカストライブラリーを合成する際，
高い純度で目的物が得られれば，精製することなしにそ のままアッセイに用いることができるので，スループッ トは飛躍的に向上する．Wongらは，様々な細胞間相互 作 用 に 関 わ っ て い る1,3-fucosyltransferase 阻 害 剤 や HIVプロテアーゼ阻害剤の探索で，マイクロプレート中 で化合物合成を行なった後，精製することなくそのまま スクリーニングアッセイを行なう スクリーニ ング 法を用い，効率的に高い阻害活性をもった化合物
を見いだすことに成功した（16a, b）．すなわち，既存の HIVプロテアーゼ阻害剤の部分構造にアジドを導入し た3をリード骨格として用い，マイクロプレート中，
種々のアセチレンフラグメントとCu触媒存在下，室温 で48時間インキュベーションすることによって，定量 的に対応する生成物が得られることを確認した．続い て，反応液を精製することなく，そのまま順次希釈して アッセイに供し，高いHIVプロテアーゼ阻害活性 （ i
＝1.7 nm） を示す化合物4を見いだした．これは，高い 収率で進行し，かつ副生成物を生じないクリックケミス トリーの特徴を活用した好例といえる（図6）．
大村らは，多剤耐性菌のMRSAやVREに対して抗菌 図6■ スクリーニングライ ブラリー
図7■Erythromycin A フォーカス ライブラリーの構築
活 性 を 示 す マ ク ロ ラ イ ド 系 抗 生 剤 の 6,9-hemiketal erythromycin 誘導体をリード化合物として，より活性 の強い化合物を探索するため，クリックケミストリーを 活用することで効率的にその誘導体のフォーカストライ ブラリーを構築した（図7）（17）．このライブラリー中，
R＝adamantylが，高い抗菌活性を示すことを見だした
（MRSA&VRE Minimum Inhibitory Concentrations
（MICs）: 8
μ
g/ml）．このように，クリックケミストリーはその反応操作や 精製の簡便さから，合成のスループットが非常に高くな り，Structure-Activity Relationship （SAR） 探 索 の ス ピードアップが期待できる（図7）．
2） クリックケミストリーを用いた FBDD
（Fragment Based Drug Discovery）
FBDDでは，たとえ弱いアフィニティーであったとし ても，標的タンパク質に選択的な相互作用をもつフラグ メントをいかに見いだし，そのフラグメントどうしをど のように繋ぎ合わせるか，ということがポイントとな
る．Rideoutは，ターゲットタンパク質と親和性をもつ 2つのフラグメントが，それぞれタンパク質のバイン ディングポケットに結合して生じるテンプレート効果に よって，エントロピー的に有利になることで，互いが化 学的に結合してより強い親和性をもつ化合物を創出する Target-Guided Synthesis （TGS） の 手 法 を 報 告 し た（18a, b）．反 応 速 度 の 差 を 利 用 す るkinetic controlに よって，タンパク質のバインディングポケットに結合し た2つのフラグメントのみを選択的に結合させること で，より高親和的なリガンドを見いだすことができる．
その際，TGSに用いる反応は，生理的条件下で反応し 副反応を生じない不可逆反応であること，またタンパク 質など生体内分子に対し反応したり失活させたりしない ことなどが必要条件となる（図8）．
Sharpless らは，このTGSのコンセプトをクリックケ ミストリーと組み合わせることによって，アセチルコリ ンエステラーゼ （AChE） の既存の阻害剤であるTacrin とPhenylphenanthridiniumをフラグメントに用いて，
図9■ クリックケミストリーを用いたAChE阻害剤の探索
図8■Target-Guided Synthesis
（TGS）
高活性なAChE阻害剤を見いだすことに成功した（図 9）（19）．
Tacrin （T） と Phenylphenanthridinium （P） はそれ ぞれ，AChE活性中心とその近傍のperipheral site（周 辺部位）の異なる位置に結合することが知られている．
このTおよびPに炭素鎖長2 〜 6のリンカーを介し，末 端にアセチレン （A） およびアジド （Z） を結合した誘導 体TZ （2 〜 6） と PA （2 〜 6）, および TA （1 〜 3） と PZ （6 〜8） をそれぞれ組み合わせ，マイクロプレート 中，ターゲット酵素であるAChEを共存させて室温で6 日間インキュベートした．この反応溶液を精製すること なく，DIOS mass （desorption/ionization on silicon mass spectrometry） を用いて質量分析をしたところ，49種 類の組み合わせ中，TZ2/PA6のペアーのみが結合して いることがわかった．この反応条件下で酵素を共存させ ない場合，アジドとアセチレンとのクリック反応はほと んど進行しなかった．これは，それぞれのフラグメント が酵素のバインディングポケットに結合することによっ てエントロピー的に有利となり，最適な長さのリンカー を介した組み合わせになったときに初めて結合したと推
察され，まさにAChEが本反応のテンプレートとして機 能したことを示している．この組み合わせの生成物であ るトリアゾールの および 体を別途合成して阻害 活性を比較したところ， 体 （ （eel）d ＝99 fm） が 体より活性が高くなり，フラグメントのリードである Tacrin （ d＝18 nm）とPhenylphenanthridinium （ d＝ 21 nm） の活性をはるかに凌ぐ，高活性のAChE阻害剤 を見いだした．得られた -TZ2/PA6とAChEとの共 結晶のX線結晶構造解析を行なったところ，予想通り Tacrinは 活 性 中 心 に，Phenylphenanthridiniumはpe- ripheral siteに結合し，トリアゾールも活性中心近傍の アミノ酸残基と相互作用していることを確認した（20）．
また，LC（液体クロマトグラフィー）/MS-SIMを用 いると，生成物の検出がより低濃度でも可能となり，6 日間要したリガンドと酵素のインキュベーション時間を 6時間に短縮することが可能となった（図10）（21）．
この手法で特筆すべきは，検出感度の向上に加え，
LCで複数化合物を分離・分析できるため，複数のフラ グメントを混合物のまま酵素とインキュベーションし，
反応が進行して得られた複数の生成物を検出することが
図10■フラグメント混合物を用いた クリックケミストリー
可能となって大幅にスループットが向上したことであ る．上記の例は，既存の阻害剤であるTacrinとPhenyl- phenanthridiniumの組み合わせのみをフラグメントと して用いたが，LC/MS-SIMによる分析により，さらに 多種類のフラグメントを組み合わせた クリック ケミストリーが可能となり，創薬の現場におけるフラグ メントベースでの創薬探索においても利用可能なレベル にある．
たとえば大村らは，キチナーゼ（キチン分解酵素）を テンプレートとして， クリックケミストリーの 手法により，抗真菌剤や殺虫剤，駆虫剤として期待され る新規キチナーゼ阻害剤の探索を行なっている（図 11）．キチナーゼ阻害活性を有する環状ペプチドArgifin の活性発現に必要な一部の構造を抽出し，この低分子に アジドを導入した化合物をアンカー（錨）分子として用い た クリックケミストリーにより，高活性な新規 キ チ ナ ー ゼ 阻 害 剤 を 見 い だ す こ と に 成 功 し た（図 11）（22）．
おわりに
クリックケミストリーの原理（2つの分子パーツをカ チッとつなぐこと）そのものは単純である．本稿では，
トリアゾール形成を中心に説明したが，分子のパーツ間 をつなぐクリック反応の適用範囲が広いほど，問題解決 のために使える分子のパーツは多様になる．それによ り，熟練した化学者だけでなく，誰もがつくれる分子の 種類が大きく拡大した．このようなクリックケミスト
リーの発展によって，その特性を利用したリード探索や オプティマイゼーションなど，創薬やケミカルバイオロ ジーへの展開は，すでに実用レベルにあると筆者らは考 えている．
クリックケミストリーは今回取り上げた創薬研究に留 まらず，広範囲の分野における強力なツールとして，今 後もさらに発展することを期待している．
文献
1） H. C. Kolb, M. G. Finn & K. B. Sharpless : , , 40, 2004 （2001）.
2） a） M. G. Finn, H. C. Kolb, V. V. Fokin, K. B. Sharpless &
T. Kitayama：化学と工業，60, 976 （2007）；b） 北山
隆，馬場良泰： 創薬支援研究の展望 ，シーエムシー出
版，2007, p. 58；c） T. Kitayama & Y. Baba：科学と工 業，85, 162 （2011）.
3） R. Huisgen, G. Szeimies & L. Moebius : , 2, 565 （1963）.
4） R. Huisgen, G. Szeimies & L. Moebius : , 100, 2494 （1967）.
5） V. V. Rostovtsev, L. G. Green, V. V. Fokin & K. B.
Sharpless : , , 41, 2596 （2002）.
6） C. W. Tornøe, C. Christensen & M. Meldal : , 67, 3057 （2002）.
7） A. Krasinski, V. Fokin & K. B. Sharpless : , 6, 1237 （2004）.
8） L. Zhang, X. Chen, P. Xue, H. Sun, I. Williams, K. B.
Sharpless, V. Fokin & G. Jia : , 127, 15998 （2005）.
9） S. Löber, R. Pilar & P. Gmeiner : , 5, 1753
（2003）.
10） W. Lewis, L. Green, F. Grynszpan, Z. Radic, P. Carlier, P.
Taylor, M. Finn & K. B. Sharpless : , 41, 1053 （2002）.
11） a） K. B. Sharpless : , 1,
図11■ クリックケミスト リーを用いたキチナーゼ阻害剤の探 索
525 （2006）; b） M. G. Finn & V. V. Fokin :
, 39, 1231 （2010）; c） S. K. Mamidyala & M. G.
Finn : , 39, 1252 （2010）.
12） Q. Wang, T. Chan, R. Hilgraf, V. Fokin, K. B. Sharpless &
M. Finn : , 125, 3192 （2003）.
13） a） A. E. Speers & B. F. Cravatt : , 11, 535 （2004）; b） A. E. Speers, G. C. Adam & B. F.
Cravatt : , 125, 4686 （2003）.
14） Y. Manabe, M. Mukai, S. Ito, N. Kato & M. Ueda : , 46, 469 （2010）.
15） A. Deiters, T. Cropp, M. Mukherji, J. Chin, J. Anderson
& P. Schultz : , 125, 11782 （2003）.
16） a） A. Brik, J. Muldoon, Y. Lin, J. Elder, D. Goodsell, A.
Olson, V. Fokin, K. B. Sharpless & C-H. Wong : , 4, 1246 （2003）; b） A. Brik, C-Y. Wu & C-H.
Wong : , 4, 1446 （2006）.
17） A. Sugawara, T. Sunazuka, T. Hirose, K. Nagai, Y. Yama- guchi, H. Hanaki, K. B. Sharpless & S. Omura :
, 17, 6340 （2007）.
18） a） D. Rideout : , 233, 561 （1986）; b） D. Rideout, T.
Calogeropulou, J. Jaworski & M. McCarthy : , 29, 247 （1990）.
19） W. Lewis, L. Green, F. Grynszpan, Z. Radic, P. Carlier, P.
Taylor, M. Finn & K. B. Sharpless : , 41, 1053 （2002）.
20） Y. Bourne, H. Kolb & K. B. Sharpless : , 101, 1449 （2004）.
21） R. Manetsch, A. Krasinski, Z. Radic, J. Raushel, P. Taylor, K. B. Sharpless & H. Korb : , 126, 12809 （2004）.
22） T. Hirose : , 62, 277 （2009）.
大 河 内 直 彦（Naohiko Ohkouchi） ＜略 歴＞1995年東京大学大学院理学系研究科 博士課程修了後，京都大学生態学研究セン ター研究員，北海道大学低温科学研究所助 手，ウッズホール海洋研究所博士研究員，
海洋科学技術センター研究員，海洋研究開 発機構プログラムディレクターを経て，現 在，東京工業大学大学院総合理工学研究科 化学環境学専攻連携教授，東京大学大学院 理学系研究科地球惑星科学専攻委託教授を 兼任＜研究テーマと抱負＞環境中の有機分 子には地球で起こるあらゆることが記録さ れている＜趣味＞ギター，ハンドボール 小川 智也（Tomoya Ogawa） ＜略歴＞
1962年東京大学農学部農芸化学科卒業／
1967年同大学大学院農学系研究科農芸化 学専攻博士課程修了（農博）／同年同大学 農学部農芸化学科助手／ 1968年理化学研 究所研究員／ 1979年同主任研究員／ 1990 年東京大学農学部獣医生化学教室教授，理 化学研究所主任研究員（兼務）／1998年同 研究所理事／ 1999年東京大学名誉教授／
2001年理化学研究所副理事長／ 2004年同 研究所横浜研究所所長／ 2010年同研究所 和光研究所所長，現在にいたる＜研究テー マと抱負＞複合糖質を中心とする生命科学 の研究．科学と社会との関わり＜趣味＞読 書，散策，テニスなど
小 川 奈 々 子（Nanako O. Ogawa） ＜略 歴＞東京農工大学農学部環境保護学科卒 業／ 1999年京都大学大学院理学系研究科 にて博士（理学）取得後，日本学術振興会 特別研究員，ウッズホール海洋研究所博士 研究員を経て，2002年海洋科学技術セン ター固体地球統合フロンティア研究システ ム技術研究員．法人化と改組により，現 在，独立行政法人海洋研究開発機構・海洋 環境生物圏変遷過程研究プログラム・技術 研究主任＜研究テーマと抱負＞超微量試料 での高精度安定同位体比測定手法を開発 し，水界環境と生態系の変動を研究中＜趣 味＞料理，読書，水泳
