ソニケーションによるペプチド合成の効率化
固相ペプチド合成（SPPS）はペプチド合成の一般的な方法である。超音波は固相ペプチド合成を強化する信頼性の高いツールであり、高い収率、純度の向上、ラセミ化の防止、反応速度の大幅な加速をもたらします。Hielscher Ultrasonics社は、ペプチド合成、切断、溶解のための様々な超音波ソリューションを提供しています。
超音波ペプチド合成
超音波処理は、有機合成の強化法としてすでに広く応用されており、反応時間の大幅な短縮、収率の向上、副生成物の減少、他の方法では達成できなかった経路の開始、より優れた選択性などの利点でよく知られている。超音波処理をペプチド合成反応に組み合わせると、大きな利点が得られる。研究結果は、超音波アシストペプチド合成が、短い反応時間で、ラセミ化することなく、高純度のペプチドの最適化された収率を達成することを示している。
- 高いペプチド収率
- 合成の大幅な高速化
- より高いペプチド純度
- ラセミ化なし
- 様々なペプチドの並列合成
- あらゆる容量にリニアに拡張可能
ペプチド合成を向上させるために、複数の反応容器を均一に超音波処理するための超音波カップホーン。
メリフィールド固相ペプチド合成を示す図。超音波照射は合成反応を促進・増強し、合成されたペプチドを樹脂から切断するために使用される。
グラフィック：©Conejos-Sanchez et al.）
超音波による固相ペプチド合成の改善
固相ペプチド合成（SPPS）は、不溶性の多孔性支持体上でアミノ酸誘導体を連続的に反応させてペプチド鎖を組み立てる化学反応である。しかし、従来の固相ペプチド合成は比較的効率が悪く、時間もかかる。そのため、ペプチド合成の超音波増強は、より効率的で迅速なペプチド合成のためのツールとして高く評価されている。
Silva et al.(2021)は、3つのペプチドの調製に基づいて、「古典的な」フルオレニルメトキシカルボニル(Fmoc)-固相ペプチド合成(SPPS)と超音波(US)-アシストSPPSを比較した、すなわち，線維芽細胞成長因子受容体3（FGFR3）特異的ペプチドPep1（VSPPLTLGQLLS-NH2）と新規ペプチドPep2（RQMATADEA-NH2）とPep3（AAVALLPAVLALLAPRQMATADEA-NH2）である。
USアシストSPPSは、"古典的 "な方法と比較して、ペプチドアセンブリーにおいて14倍（Pep1）と4倍（Pep2）の時間短縮をもたらした。興味深いことに、超音波アシストSPPSでは、"古典的 "SPPS（73％）よりも高い純度（82％）でPep1が得られた。研究チームは、大幅な時間短縮と高い粗ペプチドの純度が達成されたことから、疎水性アミノ酸とホモオリゴ配列が多い大型ペプチドPep3に超音波アシストSPPSを適用することにした。驚くべきことに、この25merペプチドの合成は、中程度の純度（約49％）で6時間以内（347分）に達成された。
超音波攪拌を用いた固相ペプチド合成によるペプチド合成の高速化。
(調査と分析：Wołczański他、2019年）。
Merlinoら(2019)もまた、Fmocベースの固相ペプチド合成における超音波効果について包括的な研究を行い、材料と反応時間を著しく節約しながら、さまざまな生物学的に活性なペプチド（44-merまで）の合成を可能にした。彼らは、超音波が主な副反応を悪化させず、以下のようなペプチドの合成を改善することを実証した。 “難しいシーケンス”超音波による固相ペプチド合成(US-SPPS)は、現在の高効率ペプチド合成ストラテジーに位置づけられている。
ペプチドの超音波（音波）合成のための高性能システムが利用できるようになったことで、合成速度の大幅な向上と原料生成物の純度の向上が可能になった。(Wołczański et al.）
ラセミ化の検討。室温で古典的な方法を用いて手動で合成したモデルペプチドと、高温で超音波法を用いて合成したモデルペプチドの有意な1H NMRスペクトルの比較。HisとCysのα-プロトンとAcmのメチレン基の化学シフト（左のパネル）、Valのɣ-メチルプロトン（右のパネル）は、70℃の超音波処理ではラセミ化は起こらないことを示している。
(調査と分析：Wołczański他、2019年）。
ペプチドの超音波切断
固相ペプチド合成（SPPS）の後、合成されたペプチドは高分子樹脂から切断されなければならない。このステップは脱保護としても知られている。樹脂からのペプチド切断に一般的な振盪法と超音波処理を比較すると、振盪法では約1時間を要するのに対し、超音波切断では15～20分で達成できる。超音波によるペプチド切断は、ポリスチレン樹脂にベンジルエステル結合で結合した保護アミノ酸やペプチドの切断に応用できる。
ポリスチレン樹脂からのペプチドの超音波切断は、迅速な手順で、ラセミ化することなく、高純度のペプチドを高収率で得ることができる。
(図と写真：©Anuradha and Ravindranath, 1995）
超音波攪拌リアクターによるペプチド合成の改良と加速。写真は 超音波発生装置 UP200St を攪拌ガラス反応器に入れた。
Hielscher Ultrasonics社は、直接超音波処理と間接超音波処理のための様々な超音波ソリューションを提供しています。パワフルで精密に制御可能な超音波プロセッサーは、反応容器に正確に適切な量の超音波エネルギーを供給します。シリンジ、チューブ、マルチウェルプレート、ガラス製反応容器など、Hielscher Ultrasonicsはお客様のペプチドアプリケーションに最適な超音波処理装置を提供します。
- カスタマイズペプチド
- 大規模ペプチド生産
- ペプチドライブラリー
多くのペプチド合成はシリンジ（例えば、フリットシリンジリアクター）で行われる。Hielscher社の超音波シリンジ攪拌機は、シリンジ壁を通して超音波を液体に結合させ、ペプチド溶液を超音波処理する。超音波シリンジ攪拌機は、ペプチドの超音波支援合成のための最も一般的な超音波ソリューションの一つである。
超音波カップホーンは、最大5つの反応容器を超音波処理するのに適したツールであり、VialTweeterは、最大10本の反応チューブに加え、クランプオンアクセサリーを介してさらに5つの大型容器を保持することができる。
MerrifieldやKamysz固相反応器、その他のポリプロピレンやホウケイ酸容器/反応器など、その他の反応器タイプについては、Hielscherは間接超音波処理用にカスタマイズされたクランプオン超音波システムを提供しています。
UIP400MTPは、マルチウェル/マイクロタイタープレートでの固相ペプチド合成に最適な装置です。超音波キャビテーションは間接的に多数のサンプルウェルに均一に結合され、優れた物質移動と合成反応を実現します。以下のビデオで UIP400MTP を実践している！
もちろん、溶液相合成用などの大型のストリラー付きガラス反応器には、あらゆるサイズの超音波プローブ（別名ソノトロードまたは超音波ホーン）を簡単に取り付けることができる。
- 各種超音波発生装置
- 直接・間接超音波処理
- 正確な強度制御
- 精密温度制御
- 連続またはパルス超音波
- スマート機能、プログラマブル・デバイス
- どのボリュームでも利用可能
- 線形スケーラビリティ
お問い合わせ/ お問い合わせ
Hielscher Ultrasonics社は、ラボスケール、パイロットスケール、工業スケールの混合アプリケーション、分散、乳化、抽出用の高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。
文献・参考文献
- Merlino, F., Tomassi, S., Yousif, A. M., Messere, A., Marinelli, L., Grieco, P., Novellino, E., Cosconati, S., Di Maro, S. (2019): Boosting Fmoc Solid-Phase Peptide Synthesis by Ultrasonication. Organic Letters, 21(16), 2019. 6378–6382.
- Andrew M. Bray; Liana M. Lagniton; Robert M. Valerio; N.Joe Maeji (1994): Sonication-assisted cleavage of hydrophobic peptides. Application in multipin peptide synthesis. Tetrahedron Letters 35(48), 1994. 9079–9082.
- Silva, R., Franco Machado, J., Gonçalves, K., Lucas, F. M., Batista, S., Melo, R., Morais, T. S., & Correia, J. (2021): Ultrasonication Improves Solid Phase Synthesis of Peptides Specific for Fibroblast Growth Factor Receptor and for the Protein-Protein Interface RANK-TRAF6. Molecules (Basel, Switzerland), 26(23), 7349.
- Conejos-Sanchez, Inmaculada; Duro Castaño, Aroa; Vicent, María (2014): Peptide-Based Polymer Therapeutics. Polymers. 6. 515-551.
- Raheem, Shvan J; Schmidt, Benjamin W; Solomon, Viswas Raja; Salih, Akam K; Price, Eric W (2020): Ultrasonic-Assisted Solid-Phase Peptide Synthesis of DOTA-TATE and DOTA-linker-TATE Derivatives as a Simple and Low-Cost Method for the Facile Synthesis of Chelator-Peptide Conjugates. ACS Bioconjugate Chemistry, 2020.
- M.V. Anuradha, B. Ravindranath (1995): Ultrasound in peptide synthesis. 4: Rapid cleavage of polymer-bound protected peptides by alkali and alkanolamines. Tetrahedron Volume 51, Issue 19, 1995. 5675-5680.
- Wołczański, G., Płóciennik, H., Lisowski, M., Stefanowicz, P. (2019): The faster peptide synthesis on the solid phase using ultrasonic agitation. Tetrahedron Letters, 2019.
知っておくべき事実
ペプチド
ペプチドは、複数のアミノ酸がアミド結合、いわゆるペプチド結合を介して結合した化合物である。複雑な構造で結合すると – 通常50個以上のアミノ酸からなり、これらの大きなペプチド構造をタンパク質と呼ぶ。ペプチドは生命維持に不可欠な構成要素であり、体内で数多くの機能を果たしている。
ペプチド合成
有機化学、分子生物学、生命科学において、ペプチド合成はペプチドを製造するプロセスである。ペプチドは、あるアミノ酸のカルボキシル基と別のアミノ酸のアミノ基との縮合反応によって化学的に合成される。通常、様々なアミノ酸側鎖との望ましくない副反応を避けるために、保護基（保護基ともいう）戦略が用いられる。
化学的（in-vitro）ペプチド合成は、多くの場合、入力アミノ酸のカルボキシル基（C末端）を成長するペプチド鎖のN末端に結合させることから始まる。このC末端からN末端への合成とは逆に、生体内の長いペプチドの天然タンパク質生合成は逆の方向で行われる。つまり生合成では、入力アミノ酸のN末端がタンパク質鎖のC末端に連結される（N-to-C）。
ペプチド合成の研究開発プロトコルのほとんどは固相法に基づいているが、溶液相合成法はペプチドの大規模工業生産に見られる。
