迅速な集合体形成を活用した化学酵素重合による単分散ポリペプチドの合成

• 研究課題/領域番号: 20K22530
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0501:物理化学、機能物性化学、有機化学、高分子、有機材料、生体分子化学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 渡邊 拓巳 京都大学, 工学研究科, 特定研究員 (20880678)
• 研究期間 (年度): 2020-09-11 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2020年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: ポリペプチド / 化学酵素重合 / アミノ酸

研究開始時の研究の概要

化学酵素重合を用い、分子量が整ったポリペプチドの一段階での大量合成を目指す。親疎水性・酸塩基特性の異なる複数のアミノ酸を用いた化学酵素重合において、重合反応速度、及び凝集速度の制御因子の明確化に挑む。二種類のアミノ酸が共存する化学酵素重合においても同様に検討を実施し、ジブロックポリペプチドの一段階合成にも挑む。

研究実績の概要

ポリペプチドはアミノ酸から成る高分子であり、アミノ酸配列にプログラムされた生体認識性等の高機能を示すことから、選択性的な薬剤投与システムなどの次世代ナノテクノロジーにおいて大きな注目を集める。しかしながら、一般的な合成手法では多段階の合成・精製プロセスを要すること、スケールアップが難しいこと、大量の有機溶媒を要することから、製造コストが著しく高く、ポリペプチドの汎用的な使用には大きな障壁がある。
そのような中、本研究では化学酵素重合法に着目した。加水分解酵素の逆反応であるアミノリシス反応を活用する本手法は、ポリペプチドを簡便かつ大量に、水系反応で合成できる。しかしながら、固相法などと比較し、得られるポリペプチドの分子量分布が比較的広いことが課題であった。そこで、本申請では、重合中の高分子の沈殿を停止反応として捉え、重合中に形成するポリペプチドの沈殿速度やその機構を精査することで、化学酵素重合方により、分子量分布が整ったポリペプチドの合成を目指した。
親水性アミノ酸であるセリンの誘導体モノマーを使用した化学酵素重合を実施すると、重合後に白色の沈殿物が得られた。質量分析法により、沈殿物がポリセリンであることが明らかとなった。しかし、分子量分布は比較的広く、単一分子量体のポリセリンは得られていない。また、赤外吸収分光法や、円偏光二色性スペクトル測定による沈殿物の二次構造評価より、ポリセリンがβシート構造を形成していることが明らかとなった。このことより、ポリセリンが単なる疎水性相互作用により析出しているのではなく、βシート構造の形成により水中から析出していることが明らかとなった。今後、疎水性相互作用による析出ではなく、二次構造までも考慮して条件を最適化することで、ポリペプチドの分子量分布の制御を実現できる可能性がある。