2020 Fiscal Year Research-status Report

生理活性多糖のミミックをめざした硫酸化交互配列グライコポリマーの精密合成

Research Project

Project/Area Number	20K05605
Research Institution	Kyoto Institute of Technology
Principal Investigator	箕田雅彦京都工芸繊維大学, 分子化学系, 教授 (30229786)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	RAFT共重合 / 交互共重合体 / アルキン担持ビニルモノマー / アジ化糖 / ポストクリック反応 / グリコサミノグリカン / コンドロイチン硫酸ミミック / 交互配列グライコポリマー
Outline of Annual Research Achievements	ビニルエーテル（VE）類とマレイミド（MI）とのRAFT共重合による、交互配列グライコポリマーを合成するための技術基盤を確立した。その過程で、研究継続中であった、機能基担持VEとMIとの交互RAFT重合による温度応答性交互配列ポリマーの合成を完結した。さらに、糖担持VEと糖担持MIとのRAFT交互共重合による直接合成法のみならず、無保護アルキン担持VEとTMS保護アルキン担持MIから前駆体となる交互共重合体を合成し、続いて2種のアジ化糖との段階的ポストクリック反応を行うことで、交互配列グライコポリマーを効率的に合成する新たな方法を開拓した。本法の有用性を検証するために、コンドロイチン硫酸Cのミミックとなる交互配列グライコポリマーの合成を目的として、6位を硫酸化した1位アジ化糖とグルクロン酸の1位アジ化誘導体の合成に取り組み、反応条件や精製条件を最適化することで、カギ化合物となる2種のアジ化糖を純度よく合成した。トリチオカーボネート系連鎖移動剤を用いる2種のアルキン担持VEとMIとのRAFT共重合により前駆体のアルキン担持交互共重合体の合成に成功した。ここでは重合条件の最適化を行うとともに、モノマー反応性比の見積もりなど、交互性を与える重合系の詳細な重合挙動についても解析した。先に合成した、6位硫酸化アジ化糖をVEユニットの無保護アルキンとクリック反応させることで、硫酸化糖を導入し、次いでMI側鎖のTMSを脱保護した後、グルクロン酸アジドとクリック反応させることで、コンドロイチン硫酸Cミミックとなる交互配列グライコポリマーの合成に初めて成功した。ここでは、クリック反応の条件検討が重要で、DMFを溶媒とするクリック反応系を適用することで、2種の糖残基を所定部位にほぼ定量的に導入できた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究では、電子豊富な二重結合を持つビニルエーテル（VE）類と電子不足性のマレイミド（MI）類とのRAFT交互ラジカル共重合を基盤技術とする。機能基担持VEとMI類とのRAFT交互共重合については知見を集積しており、温度応答性を誘起する部位や、汎用二糖を側鎖機能基として有する交互共重合体をすでに合成した。コンドロイチン硫酸など交互配列構造からなるグリコサミノグリカンのミミックとなる交互配列グライコポリマーの精密合成については、汎用糖を持つVEとMIとのRAFT共重合により、交互配列グライコポリマーの直接合成に成功したが、硫酸基やカルボキシル基を有する糖残基を側鎖に導入するには、糖担持モノマーの直接共重合では課題があった。そこで本研究では、新たな合成戦略として、無保護アルキン担持VEとTMS保護アルキン担持MIから交互共重合体を合成し、続いて2種のアジ化糖との段階的ポストクリック反応を行うことで、交互配列グライコポリマーを得る新たな合成方法の開発に注力した。本法を実現するには、硫酸基あるいはカルボキシル基を有するアジ化糖の合成が重要で、合成経路や精製条件を検討することで、カギ化合物となる6位硫酸化アジ化糖ならびにグルクロン酸アジ化物の高純度合成に成功した。2種のアルキンを担持した前駆体交互共重合体については、種々検討した結果、無保護アルキン担持VEとTMS保護アルキン担持MIとのトリチオカーボネート系連鎖移動剤を用いるRAFT共重合により、交互性の非常に高い共重合体を合成できた。もう一つの課題は、溶解性が異なる基質（アルキン担持共重合体とアジ化糖）の均一系クリック反応の開発であったが、DMFを溶媒とする段階的クリック反応の適用により、VE側鎖に硫酸化糖を、MI側鎖にグルクロン酸残基を導入した、コンドロイチン硫酸Cのミミックとなる交互配列グライコポリマーの合成に初めて成功した。
Strategy for Future Research Activity	ビニルエーテル（VE）とマレイミド（MI）のユニットを交互配列共重合体の骨格部分とし、側鎖に6位硫酸化糖とグルクロン酸が交互に導入されたグライコポリマーの合成を完了したことで、アルキン担持VEおよびMIのRAFT交互共重合による前駆体ポリマーの合成と、続くアジ化糖によるポストクリック反応からなる交互配列グライコポリマーの新規合成法の有用性を実証できた。そこで、研究計画（１）としては、VEユニットをスチレン（St）に置き換えた交互配列グライコポリマーの合成を検討する。合成した交互配列グライコポリマーの生理活性評価は研究計画の最終フェーズに予定しているが、グライコポリマーの生理活性発現はタンパク質との相互作用に起因する場合が多いため、グライコポリマーの各種構造因子が影響を及ぼすと予想される。VE / MI骨格交互配列グライコポリマーに比して、St / MI骨格グライコポリマーはより柔軟性に乏しい主鎖構造を有するとともに、主鎖が疎水性となることから、生理活性の発現にも影響する可能性がある。そこで、アルキン担持Stを新たに設計し、アルキン担持MIとのRAFT交互共重合を経て、段階的ポストクリック反応により交互配列グライコポリマーを精密合成する。研究計画（２）では、硫酸基を持たないグリコサミノグリカンとしてヒアルロン酸のミミックを合成対象とし、グルクロン酸とN-アセチルグルコサミンを側鎖に交互配列させたグライコポリマーの合成を検討する。本研究で系統的に合成する交互配列グライコポリマーの生理活性評価を最終フェーズで行い、新規のバイオマテリアルとしての可能性を検証するためには、細胞毒性評価を行う必要がある。研究計画（３）として、先に合成したコンドロイチン硫酸ミミックや、今後合成するヒアルロン酸ミミックとしての交互配列グライコポリマーの細胞毒性評価を行う。