藤 森 科 学 技 術 振 興 財 団廻事
石刀二多冦ヨ豊力住i札比≡暑幸反千彗―(西 暦 )2024年 4月 17日

公益財団法人藤森科学技術振興財団
理事長 藤森 明彦 殿

藤森科学技術振興財団の助 成金 による研 究 が終 了しましたので、下 記 のとおり報 告 をいたします。

所 属機 関中部 大 学【提出書類】(1)研 究実施概 要報 告書 (本 紙 )添 付書類 (A4版 3枚 以内):研 究状 況を示 す写真等 の資料(2)収 支報告 書
添 付書 類 :助 成 金を充 当した経 費 の領収 書
領 収書 を添付 しない場合 :支 払 一 覧表 と支払部 門担 当者確認署 名

1'6※スペースが足りない場 合は、枠 を追加 いただいて構 いません。

(1)テ ーマ
破 壊 的 イノベ ーションの ペプチド合 成(2)本 研 究 の期 間(西 暦) 2023年 4月 〜 2024年 3月(3)本 研究の 目的
我 が国の30年 問題を解決するには、いくつかの難 問を解く必要 がある。最も大切な鍵 は、正しいイノベーションを始めることである。残念ながら近年の有機反応 開発 に関する発明は持続的イノベーションが多い。本
当のイノベーションは従来の市場を破壊 し、新しい市場を作ることであり、私はこれを破壊的イノベーションと呼 んでいる。そして、この破壊的イノベーションに成功すれば、世界 の市場を牽 引し、新 たな景色がみえてくるであろう。
戦後、経済 的に大きなダメージを負い先進化学 に注 力する人員を確保することが難 しかつた 日本では持続的イノベーションを実行することは不可 能 であつた。以 降、少しずつ破壊的イノベーションが盛んになり、日本 の飛躍 的な進歩を手助けした。しかし、残念ながら今 日の科学 は破壊 的イノベーションの実現 に、極 めて消極 的であるように私は感じている。持続 的イノベーションだけでは、決して飛躍的な発展 がなく、米 国では持続 的イノベーションだけでは、企業 の生命は30年 が限度 だとも言われており、現状 は非常に不安定な状況であると言 つて良いように思われる。
破壊的イノベーションを実現するためには、研究の 目的をしつかりと調査 し、その問題 に対する飛躍 的な改善 が可能 かを考 える必 要 があり、最低 でも数年間を要 して作り上げなければならない。しかし、現状 のケース
では思いつきで始める研 究が多く、これらは科学者 の一 時 の好奇心を満 たすのみであり、実用化を考慮すると結果として役 に立たないことが多いのではないだろうか。

1964年 に固相合成 が開発 されて以降半世紀 の間、ペプチド合成 の分野では破壊 的イノベーションがほとんど発表されなかった。ペプチドはそれぞれ 特徴 的な活性 官能基を有するアミノ酸 の配 列分子 であり、その配列や導入するアミノ酸 の個数 に依存 して所望の機 能を発揮する。これら独特 の利点が注 目され近年では機 能性材料 として大きく期待 されている。特 に医薬 品の分野 では中分子医薬品として活躍 しており、数年gク′ ′ 2021,′ α″の間で承認医薬品数は急増し、世界市場 占有率も大きく向上している(″′ムル ′∂′"οから根本 的な309‑325.)。 このように非常 に重要 な創薬材料 にもかかわらず、化学 合成 開発初期 の手法
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改良はされてこなかつた。我 々はこの プチド合成 に着 目し、2年 ほど調査 に費 やし、 プチドをより安価で効率的に合成 できる手法の開発 に可能性を感じたため研究をスタートした。
本研究の 目標 は、ペプチドを純度良く、短段階、低価格 で、大量 に合成 できる合成手法を考案 し、人類に貢献することである。持続 的 イノベーションを続け、改良を積 み重ねてきた現代のペプチド合成 は所望 の長鎖 ペプチドを速やかに合成することのできる魅 力的な手法 である。しかし、数年後、数十年後を見据えたときに破壊的イノベーションによるペプチド化学合成を確 立することは非常に重要である。本 申請研究 により遂行できた成果は破壊的イノベーションによるペプチド化学合成 の第 一 歩 になったと確信 している。この発明を足掛 かりとして更なる改良を加えることで、ペプチド医薬 品を安価 に提供 できる未 来を築く、さらには我 が国の創薬 における著 しい貿易収支の入 超を改善することが可能 となるであろう。

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(4)本 研 究 の概 要
従来のペプチド合成は固相合成法、液相合成法のいずれにおいても、―律 して N末 端保護 アミノ酸 の C
末端 カルボキシル基を活性化 して C末 端保護 アミノ酸 と縮合する方法が適用されている。近年のペプチド合成 の反応開発研究はその大 部分 がこのカルボキシル基活性化試薬の効率化 に焦点 が当てられている。そのおかげで現在 ではアミノ酸 へのペプチド合成でほとんど光学純度を落とすことなく進行する活性化試薬まで開発 されている。一 方 で、カルボキシル基 の活性化はペプチドを対象に実施すると時 として分子内オキサゾロン形成 に伴うエピメリ化が歴史的な問題 として挙 げられる。そこで、我 々は現在 の活性 化試薬を超 える活性化試薬 の探 索よりも根本 的に新 しい分野 でのペプチド合成の効率化 について優先することにした。ペプチド結合 はアミド基 の合成化学 と言 つて良い。そこで、我 々は活性 エステルからアミド基を構築するよりも安定なアミド基 から新 たなアミド結合を合成することで活性エステル 中間体を避けエピメリ化を防ぐペプチド結合 が形成されるのではないかと考 えた。しかし、アミド基 から新 たなアミド結合を合成する前例はほとんど報告例 がなく、手付 かずの分野 となっていた。多くの検証を繰り返した結果、我 々はジケトピペラジンを活用する手法にたどり着 いた。ジケトピペラジンはジペプチド環化体 の六 員環 化合物 であり、あらゆる有機溶媒 への溶解性を示さない安定な化合物 である。そのため、ペプチド合成過程 で形 成されたジケトピペラジンは伸長反応 をはじめとするあらゆる有機反応 を受け付けず、廃棄す る以外に用途のない化合物であつた。我 々はこの特徴 的な構造 に着 目し、検証を重 ねた結果、ジケトピペラジンの対面に位置するアミド基 の片方 に BoC基 のようなカルバート系保護基を付すと、活性 アミドとなり求核性 アミノ酸 エステルと共存下攪拌すると開環 に伴うペプチド伸長反応 が進 行 し、対応するトリペプチドが得 られることを見 出した。これはベプチド鎖 にペプチドを導入可能な夢 のペプチド合成法 と言える。これらモノBocジ ケトピペラジンは PMB保 護を経 由した5工 程 で調製可能 であり、あらゆる組み合わせのジケトピペラジン誘導体合成 およびそれぞれ に対する伸長反応が効率よく進行することを確認 した。
さらにペプチド伸長反応を繰 り返すと、ある一 定 の長さ以降 でペプチドの有機溶媒 に対する溶解性 が急激に低下する。これは液相 ペプチド合成法を開発するうえで致 命的となる。そこで我 々はこの溶解性 問題 に挑戦 した。多くの実験 データを踏 まえ、極性 の問題 と有機溶媒 に対する溶解性の問題 を共に解決可能なスーパーシリル TAGの 開発に着手 した。スーパーシリル基 とは Si― Si結 合を有する官能基 であり、二つのシリル基による溶解性 の大 幅な改善 と共有結合による安定性 が期待 できる。このスーパーシリル基を有する化合物を種 々調製 し、検討した結果、スーパーシリル基 に長鎖 アルキルを装着 した TAGを ペプチドC末 端に結合することで 10ペ プチドでも取り扱い容易な油状状態 を保ち、あらゆる有機溶媒 に完全 に溶解 した。この開発により長鎖 ペプチド合成 において有機溶媒溶解性 を考慮 することなく検証可能 となり、新 たな液相合成 の可能性 を見 出した。
固相合成 で長鎖 ペプチド調製する際、N末 端 もしくは C末 端 に不溶性樹脂を接続しているため、伸長反応はアミノ酸 の結合 と脱保護 反応をセットに一つずつ直線的 に結合する必 要 があつた。しかし、この場合、樹脂からの切り離 しをすることなく化合物 の純度を確認することが困難 であるため、長鎖 ペプチド合成を実施する
際 にはアミノ酸 の種類 に応 じた条件 のチューニングが不可能 であった。また伸長反応と脱保護反応 を繰り返すことで多くの工 程数 を重ねることとなり、そのたびに使用する大量 の溶媒や廃棄物 は甚大 である。そこで、一 つのペプチド鎖同 士の結合を両末端 で実施 できれば一 挙 に長鎖 ペプチドが合成可能 となり効率 が大 幅 に向上する。我 々はすでにケイ素分子 で二つのアミノ酸を架橋 したシラサイクリック化合物の合成法を確 立しており、この縮合環 に対して TBAFな どのフッ素系試薬を添加することで開環 に伴う連続両末端伸長 か可 能となることを見 出した。この手法 により所望 の長さのペプチドをより短 工 程 で確実 に合成することが可能 となった。
以上の3つ の発明を組 み合わせたのが我 々のペプチド合成 である。

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(5)本 研究の内容及び成果【ジケトピペラジンを用 いるペプチド合成】
対面に位置するアミドのうち一つをカルバメート系保護基 で装備したジケトピペラジンを使用するとアミド基 からアミド基 への変換反応 が可能 となり、ほぼ定量 的収量 で対応するペプチドを合成することができる。これはジペプチドを最小単位とする伸長反応 であり、長鎖 ペプチド合成の工 程数を大幅 に省略することができる。このジケトピペラジン誘導体 の調製法として以下の二つの手法を確 立した。いずれも我 々の研究 で開発 した手法の組 み合わせであり、独 自性 が確保されている。
ジケトピペラジン合成 ―その2
ジケトピペラジン合成 ―その1
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No purification process【スーパーシリルの脂溶性】
スーパーシリル基とは Si― Siを 含む官能基 であり、この特徴的 な構造 により多くの長鎖 アルキル基をペプチド鎖 に装着することが可能 となる。複数 のアルキル基 が分子 内に存在すると脂溶性 の雲を作り、有機溶媒 に不溶性 を示す長鎖 ペプチドでも問題なく有機溶剤 に溶解 することが可能 となった。以下 に我 々の開発 した
スーパーシリル TAGの 構造およびその調製法を示す。
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両末端で実施する伸長反応は、下 図のようなシリコンを含むシラサイクリックジペプチドを使用することで開環に伴うペプチド鎖の導 入反応が高収率で進行する。この両末端伸長 反応はワンポットで実施可能であるため長鎖ペプチド合成の効率を大きく改善するもの言える。
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(6)本 研究の考察￨￨「(4)本 研究 の概要 」および「(5)本 研究 の内容及び成果」で記 したように我 々の開発 した三 つの手法は従来 の合成手法 の土 台 から変わる全く新 しい形式 の合成 であり、破壊 的 イノベーションに相 当すると考 えられる。
もちろん、本格的に本手法 が破壊的イノベーションとして現行法と置き換わるためには g― ラボ、k― ラボ、t― ラボでの耐久性を確認できる施設や機器が準備可能で、また効率化を図る自動 化合成 の設計 が可 能な多くの異分野 の 力が必要 となる。我 々は本研究について、特 にジケトピペラジン誘導体を使用するペプチド合成は、この異分野 とのコラボレーションが成 立する段 階まで成し遂 げたものと考 えている。ジケトピペラジン誘導体合成 は複 数 の合成 ルートを開発 しており、今後実用化 に向けていずれの手法 が好ましいかニーズに合わせた提案 ができる準備 は整えている。
また、現在 のところ斬新な活性 ペプチドは生物学者 などによって多くその構造 が公表されているが、製薬会社 にとって、その合成 は一 種 の投資 であり、トライアンドエラーを繰 り返す経済的余裕 がない。そのため私は確 からしい背景 を有する化合物 に限定して合成 されているように感 じている。しかし、最適なペプチドを産 出し、世 の 中に提供するためにはよリー般性あるペプチド合成手法を提案する必要 がある。そうでなければ、ペプチド医薬 品は今以上に世界的に広く発展することは難 しいだろう。その点、我 々の手法は一般性 に長けており、状況はすつかり変わるものと考 えている。
従来の有機合成はいわば《How tο make》 に対する答えであった。これは既にある化合物をより効率よく合成するにはどのような試薬を使 い、どのような経路をたどることが最適なのかを模 索する作業 である。この作
業 により今 日の製薬分 野 は大きく成長してきたと言 っても過言ではない。一方 で、今後は《What tO make》 の答 えを有機化学 が出すことが望まれてくると考 えている。特 にペプチド医薬 品はアミノ酸 の配 列 や長 さによってその生理活性機能は大きく変化する。20種 類 の天然アミノ酸、さらに活性 官能基を有するあらゆる非天然アミノ酸 から成る無 限の組 み合わせの中から最適なペプチドを見 つけ出す。この提 案を実現するためには
一 般性 あるペプチド合成手法 の確立、自動化 されたラボオートメーションの開発、活性測定を含むライプラリー化が必要と考 えている。この研究にてこの提案の実現 に向けた一 歩 目を確立することができた。

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(7)共 同研究者 (所 属機関名、役職、氏名 )所属機関名 :中 部大学 ペプチド研究 センター
役職 :特 任准教授
氏名 :服 部 倫 弘￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨(8)本 研究の成果 の公表先

【学術論 文】
投稿準備中[注 ]こ の報告書 を当財団 のホームページ等 に掲載 します。予めご了承ください。

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