2018 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ反応場を活かした環状ペプチド液相化学合成法の確立
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16H06193
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
岡田 洋平 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80749268)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノ反応場 / 環状ペプチド / 液相化学合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，創薬研究やメディシナルケミストリーの領域において“中分子”という考え方が定着している．これは従来広く医薬品として用いられてきた低分子ならびに抗体を中心とするバイオ医薬品の中間サイズの分子量を有する化合物群であり，主としてペプチド・核酸・糖およびこれらの誘導体である．明確な定義はないものの，概ね500-2000程度の分子量の化合物群が“中分子”にカテゴライズされており，これらは化学合成による供給が可能であるために分子構造の精密チューニングや構造の多様化を容易に実施することができる．本研究では特にペプチドおよびそのコンジュゲートに焦点を当てて，ナノ反応場の考え方を採り入れた効率的な液相合成法の確立を目指している．3年目となった平成30年度は，前年度までの研究成果を踏まえて引き続き疎水性低分子を可溶性担体（タグ）として用いる合成法の開発を行った．タグ法では疎水性のベンジルアルコールがペプチド合成の足場として重要な役割を果たしており，タグと結合した形でペプチドを取り扱うことができる．これまでにベンジルアルコールの2,4位に長鎖アルコキシ基を有するタグを中心に様々なペプチドの合成を達成しているものの，ペプチドの物性・溶解性が強く配列に依存してしまい，より汎用性の高いタグが求められてきた．これらの状況を踏まえて，平成30年度にはコラーゲンやエラスチンのような凝集性を有しゲル化能が高いペプチドであっても反応溶媒に高濃度で溶かすことのできる新たなタグの設計・合成を中心として研究を実施した．その結果，これまでのタグの数倍の溶解力を実現するに至っている．特にエラスチンの繰り返し配列をモデルとした実証実験においては，従来のタグと比べてゲル化を抑制した効率的な液相合成が可能であることを確認している．新たなタグに関する置換様式の影響についても探索を行い，実用上有用であるものを選定した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
3年目となった平成30年度には，前年度までに必要な設備・備品を一通り導入していることもあり，おおむね順調に研究を進めることができた．研究実績の概要で記載したように，本研究では長鎖アルコキシ置換基を有する疎水性のベンジルアルコールを可溶性担体（タグ）として用いる液相合成法が鍵となっている．配列に強く依存するもののペプチドは一般に極性が高いものの，タグと結合させることでテトラヒドロフランやジクロロメタン，シクロヘキサンなどの低極性溶媒に溶解させることができる．反応終了後はここに高極性溶媒を加えることで，タグに結合したペプチドを選択的に沈殿させることができる．これまでの研究において，長鎖アルコキシ置換の長さや数，置換様式によってタグの機能・性能をチューニングすることができることが見出されている．分子内環化を中心として，各種反応を限られた溶媒中で効率的に実施するためには，タグに結合させたペプチドの有機溶媒への物性や溶解性が極めて重要となる．これらの課題は特にスケールアップにおいて避けては通れないため，様々なペプチドをより高濃度で有機溶媒に溶解させることができる新たなタグの設計・合成が重要となる．このような観点から本年度は溶解力に優れたタグの研究開発に取り組み，凝集性の高いエラスチンペプチドをモデルとして実証実験を行った．その結果，従来のタグと比べて効率的に目的とする配列を合成することに成功している．均一かつ高濃度でペプチドを溶解させることによって，固相法では適用が困難な不均一触媒などの利用も可能となるため，今後は天然型および非天然型のペプチドをより精密に化学合成できるようになることが期待される．また，分子内に複数のジスルフィド結合を有するペプチドをモデルとしてタグ法を環状ペプチド合成にも応用し，電気化学的な手法を用いることで位置選択的な分子内架橋が実現可能であることも見出している．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度までの研究において，液相ペプチド合成に必須となる“タグ”の機能・性能を，アルコキシ置換基の長さや数，置換様式を変えることによって様々にチューニングすることができることが見出された．加えて，アルコキシ置換基の構造によってこれまでのタグよりも高濃度で標的とするペプチドを反応溶媒中に溶かし込むことに成功している．これらの知見を踏まえ，今後はまず環状ペプチドを含む生物活性ペプチドの液相合成に最適なタグの構造を絞り込むとともに，その合成ルートを確立する．得られた新たなタグについては，従来のタグを用いてすでに合成実績のあるペプチドや，コラーゲンやエラスチンの繰り返し配列などの凝集性の高いものをモデルとして，その有用性を検証する．これらと並行して，環状ペプチドの液相合成にも取り組む予定である．ペプチドは配列に依存して“巻きやすさ”が大きく変わってくることが知られているため，既知の配列において“巻きやすい”あるいは“巻きにくい”ことが報告されているペプチドをモデルとして，タグ法における環化反応の効率を検証する．特にC末端とN末端を繋ぎ合わせるhead-to-tail型の環化様式においてはタグをC末端以外の箇所に取り付けなければならないため，どこにどのような結合様式で取り付けるべきか検討する必要がある．研究代表者はこれまでにアミドのN原子上にタグを導入することで効率的なhead-to-tail型の分子内環化が実現できることを報告しており，本研究においてもこのアプローチが効果的であると期待できる．また，head-to-tail型の環状ペプチドに加えて，分子内に複数のジスルフィド結合を有する複雑なマクロサイクル構造を有するペプチドの合成にも取り組む．ここで，電気化学的な手法を取り入れた新しい保護基を用いることで，複数のジスルフィドの位置選択的な巻き分けが可能になるものと期待している．
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