Introduction of pseudo-base benzimidazole derivatives into nucleosides via base exchange by a nucleoside metabolic enzyme

化学 核苷 嘧啶 立体化学 苯并咪唑 吩嗪 碱基 嘌呤 核苷类似物 组合化学 生物催化 嘌呤核苷磷酸化酶 DNA 生物化学 有机化学 反应机理 催化作用
作者
Akihiko Hatano,Riki Matsuzaka,Genki Shimane,Hiroyuki Wakana,Kou Suzuki,Chisato Nishioka,Aoi Kojima,Masatoshi Kidowaki
出处
期刊:Bioorganic & Medicinal Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:91: 117411-117411
标识
DOI:10.1016/j.bmc.2023.117411
摘要

In alternate organic synthesis, biocatalysis using enzymes provides a more stereoselective and cost-effective approach. Synthesis of unnatural nucleosides by nucleoside base exchange reactions using nucleoside-metabolizing enzymes has previously shown that the 5-position recognition of pyrimidine bases on nucleoside substrates is loose and can be used to introduce functional molecules into pyrimidine nucleosides. Here we explored the incorporation of purine pseudo bases into nucleosides by the base exchange reaction of pyrimidine nucleoside phosphorylase (PyNP), demonstrating that an imidazole five-membered ring is an essential structure for the reaction. In the case of benzimidazole, the base exchange proceeded to give the deoxyribose form in 96 % yield, and the ribose form in 23 % yield. The reaction also proceeded with 1H-imidazo[4,5-b]phenazine, a benzimidazole analogue with an additional ring, although the yield of nucleoside was only 31 %. Docking simulations between 1H and imidazo[4,5-b]phenazine nucleoside and the active site of PyNP (PDB 1BRW) supported our observation that 1H-imidazo[4,5-b]phenazine can be used as a substrate by PyNP. Thus, the enzymatic substitution reaction using PyNP can be used to incorporate many purine pseudo bases and benzimidazole derivatives with various functional groups into nucleoside structures, which have potential utility as diagnostic or therapeutic agents.

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