1容器内に10兆種類のペプチドオリゴマーを製造する全数完全化学合成プロセスの確立
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19K22272
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
千葉 一裕 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 学長 (20227325)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | ペプチド / 液相合成 / 電解反応 / 化学合成 / 有機合成 / 生物活性 / コンビナトリアルケミストリー |
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| Outline of Research at the Start |
分子量が400～4,000程度の多様な中分子をいかにして確実に得るかということが，新たな有用物質ライブラリーとしての位置づけを確固たるものとするうえで極めて重要になっている．本研究は，逆ミセル反応法を飛躍的に発展させることによって，従前技術ではほぼ不可能であった10兆種類のペプチド等モル混合物を迅速かつ効率的に得るための新しい化学プロセスを確立することを目的とする．すなわち、申請者が独自に開発した逆ミセルを形成する可溶性タグに対しアミノ酸をランダムに10回反応させることにより，1容器内に10merのペプチド全理論数である10兆種類を定量的に得ることを目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
ペプチドは基本的には20種類の天然アミノ酸が直鎖状に結合した物質であり，タンパク質を構成する一部の分子断片に相当する．生体のタンパク質やその核酸，糖質などとの複合体の分子間相互作用は，種々のシグナル伝達等，活性の発現に直接関与し，これら「高分子内の活性発現部位」に相当するペプチドの分子構造を知るために，実際にその分子を化学プロセスによって得ることは，医薬品候補物質や機能性分子の獲得に直接繋がる．20種類の天然アミノ酸をランダムに順次10分子繋げたオリゴペプチド(10mer)は理論上2010≒1013=10兆種類に及ぶ．さらにアミノ酸を12個まで繋げた場合(12mer)は，その400倍の4千兆種類となる．また，一部の天然アミノ酸を糖アミノ酸や非天然型アミノ酸へ置換したものの導入や，環状構造を形成するなどの化学プロセスを組み合わせることによって，得られる種類は理論上無限に拡張されると言うことができる．しかし，従前の技術では理論数とほぼ同一数の全ての配列構造をもったペプチド混合物を得ることはほぼ不可能であるが，これを達成することができれば，未来の生物活性物質の宝庫を獲得することに等しい．すなわち，巨大数の候補物質混合物を目的とする活性試験に供し一定レベルの生物活性が認められた後には，その混合物の中から活性物質本体を，活性試験を足がかりに分画，分離精製してその構造を確定することが可能となる．本研究では，これまでにない革新的な方法によって，このようにほぼ無限に広がる多様性を持った化学物質群の中から，抗がん活性，抗ウイルス活性や耐性菌に対する殺菌活性等を有する新しい生物活性物質を得るための革新的な化学プロセスの確立を目指した．
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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
通常，目的とするペプチド分子を化学合成によって得るためには，予めビーズ状に成型された樹脂にＣ末端の最初のアミノ酸を結合させ，その後配列順に従って逐次アミノ酸をＮ末端芳香に結合させる方法（固相合成法）が用いられる．この方法は目的とする特定のペプチドを設計通りに合成するために広く用いられている．本研究では，固相合成法の分離精製に関するメリットを活かしつつ，さらに高度な化学反応条件制御と迅速な分離精製が実現できる新しい液相合成法を導入する．これによって理論上の全種類を当量混合物として同時に正確に得ることができる化学プロセスとして確立することを目指した．液相合成法は，化学反応としての効率性の高さや，使用できる溶媒の制限の低さなどメリットは大きいものの，理論上の全種類合成を達成するためには新たに数多くの課題を克服する必要がある。この課題点の克服を目指し疎水性タグを用いた新たな合成法を開発した結果、期待通りの多様性を持った反応法を明らかにすることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
申請者が独自に開発した逆ミセルを形成する可溶性タグに対しアミノ酸をランダムに10回反応させることにより，1容器内に10merのペプチド全理論数である10兆種類を定量的に得る．このときアミノ酸の種類によって反応性がそれぞれ異なるため，20種類のアミノ酸を混合溶液として反応させることなく，一段階毎に20種類それぞれのアミノ酸を活性化した容器に可溶性タグ溶液を等量分注し個別に反応を行う．20個の反応容器においてそれぞれの反応完結に要する時間は1分から15分程度と見込まれるが，これら全ての完了をTLC等で確認後，過剰のアミノ酸や試薬の洗浄後，20容器の溶液をすべて一つの容器に混合する．その後も同様に混合液を20等分→各アミノ酸との個別反応→洗浄→混合を繰り返すことを基本とする（生産量の均等性の確保）．反応速度は高く，その操作効率は高い（高速反応プロセス）ことが期待できる．また，投入するアミノ酸の種類を天然型に限らず非天然型アミノ酸等に変えることによって，任意の分子ユニットを自在に導入できる方法（構造制限の解除と多様化）として開発を進めることができる．
しかしこれらの方法を導入しても，製造されたペプチドの配列によっては不溶化，分子間相互作用による高粘度化などが発生することが予想される．すなわちペプチドの難物性化は通常，立体障害の少ない連続するアミド結合における分子内および分子間水素結合によって発生する．この問題の克服は,当該技術がより高い汎用性を持って期待される成果を達成する上で重要である．
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Report
(3 results)
Research Products
(29 results)
