JP4138773B2 - Novel ferroceneated polycyclic hydrocarbon derivative, method for producing the same, and method for detecting target nucleic acid - Google Patents
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Description
本発明は、二本鎖核酸に対するインターカレータとして有用な新規化合物に関する。 The present invention relates to a novel compound useful as an intercalator for a double-stranded nucleic acid.
生物学的または医学的研究や、臨床の場において、特定の塩基配列を有するDNAやRNA等の核酸を検出するために、その塩基配列と相補的な塩基配列を有する核酸をプローブとする方法が用いられている。かかる方法は、2つの核酸が互いに相補的な塩基配列を有している場合にのみ水素結合によって二本鎖を形成するという特異性に基づく。このような方法を用いる場合、標的となる核酸の検出には、標的核酸とプローブ核酸とがハイブリダイゼーションしたかどうかを確認する手段が必要となる。 In order to detect a nucleic acid such as DNA or RNA having a specific base sequence in biological or medical research or clinical settings, there is a method using a nucleic acid having a base sequence complementary to the base sequence as a probe. It is used. Such a method is based on the specificity that a double strand is formed by hydrogen bonding only when two nucleic acids have base sequences complementary to each other. When such a method is used, a means for confirming whether or not the target nucleic acid and the probe nucleic acid have hybridized is required for detection of the target nucleic acid.
ハイブリダイゼーションの有無を確認する手段として、標的核酸を蛍光物質等で標識しておく方法が良く知られている。例えば、ある細胞における遺伝子発現解析をするために、その細胞に含まれるRNAを蛍光標識し、固相担体に固定されたプローブcDNAと適当な条件下でハイブリダイゼーションさせた後、固相担体上の蛍光を検出する方法が広く用いられている。蛍光物質を用いる方法では、予め標的核酸に蛍光物質を化学的に結合させておく必要がある。またハイブリダイゼーションの有無は検出できるものの、二本鎖の形成を定量的に測定することができない。 As a means for confirming the presence or absence of hybridization, a method of labeling a target nucleic acid with a fluorescent substance or the like is well known. For example, in order to analyze gene expression in a cell, the RNA contained in the cell is fluorescently labeled and hybridized with a probe cDNA immobilized on a solid phase carrier under appropriate conditions, and then on the solid phase carrier. Methods for detecting fluorescence are widely used. In the method using a fluorescent substance, it is necessary to chemically bind the fluorescent substance to the target nucleic acid in advance. Although the presence or absence of hybridization can be detected, the formation of double strands cannot be quantitatively measured.
このような問題を解決するものとして、二本鎖核酸に選択的に結合するインターカレータを用いる方法が提案されている。インターカレータとは、核酸の塩基間に縫い込まれるように挿入結合(インターカレーション)する性質を持つ分子をいい、例えばエチジウムブロマイドなどの色素が挙げられる。インターカレータは二本鎖核酸に規則的に縫い込まれるので、二本鎖が形成された量と結合するインターカレータの量に相関関係が得られ、ハイブリダイゼーションを定量的に測定することができる。またインターカレータはハイブリダイゼーション後に添加すればよく、予め標的核酸に結合させておく必要がない。 In order to solve such a problem, a method using an intercalator that selectively binds to a double-stranded nucleic acid has been proposed. An intercalator refers to a molecule having a property of intercalating so as to be sewn between nucleic acid bases, and examples thereof include dyes such as ethidium bromide. Since the intercalator is regularly sewn into the double-stranded nucleic acid, a correlation is obtained between the amount of intercalator that binds to the amount of double-stranded strands, and hybridization can be measured quantitatively. Further, the intercalator may be added after hybridization, and it is not necessary to bind to the target nucleic acid in advance.
インターカレータを導電性のあるフェロセン等で修飾し、二本鎖核酸に結合したインターカレータを電気化学的に検出する方法も提案されている(例えば特許文献1および2参照)。電気化学的方法によれば、蛍光色素のように退色することもなく、リアルタイムでより正確な定量的測定を簡易に行うことが可能となる。このようなインターカレータとしては、下記式(8)
これまでにインターカレータとして利用されてきた上記式(8)で表されるピペラジン環含有フェロセン化ナフタレンジイミド誘導体は、合成反応後の分離操作および精製操作等が煩雑であり、収率も10%前後と低い。また、二本鎖選択性が不十分であり、静電的相互作用による一本鎖核酸への結合量との間に十分な差が得られにくい傾向がある。さらに、二本鎖核酸−インターカレータ複合体も不安定で、解離反応が進むのも速いという問題があった。 The piperazine ring-containing ferrocene-naphthalenediimide derivative represented by the above formula (8) that has been used as an intercalator until now has a complicated separation operation and purification operation after the synthesis reaction, and the yield is also around 10%. And low. In addition, double-stranded selectivity is insufficient, and there is a tendency that a sufficient difference is not easily obtained from the amount of binding to a single-stranded nucleic acid due to electrostatic interaction. In addition, the double-stranded nucleic acid-intercalator complex is also unstable and the dissociation reaction proceeds rapidly.
また、上記式(9)で表されるフェロセン化ナフタレンジイミド誘導体は、収率は比較的高いが、さらに安定性および二本鎖核酸選択性に優れたインターカレータが求められている。 Moreover, although the yield of the ferrocene naphthalene diimide derivative represented by the above formula (9) is relatively high, an intercalator excellent in stability and double-stranded nucleic acid selectivity is required.
そこで、本発明の目的は、合成反応後の分離操作および精製操作等が容易で高収率に得られ、二本鎖核酸選択性も高く、二本鎖核酸と安定な複合体を形成するインターカレータとして有用な化合物を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to provide an interface that forms a complex complex with a double-stranded nucleic acid that is easy to separate and purify after the synthesis reaction, is obtained in a high yield, has a high double-stranded nucleic acid selectivity, and the like. The object is to provide a compound useful as a calator.
本発明者らは、上記課題に鑑み、優れたインターカレータを求めて鋭意研究を行った結果、下記式(1)
い炭素数1〜6のアルキレン基、−(CH2)x−B−(CH2)y−[ここでBは窒素原子を1若しくは2個含む5員若しくは6員脂肪族複素環を示し;xおよびyはそれぞれ独立に0〜3の整数を示す]、または−(CH2)a−(NR5)−(CH2)b−(NR6)−(CH2)c−[ここでa、bおよびcはそれぞれ独立に0〜3の整数を示し、R5およびR6はそれぞれ独立に水素またはメチル基を示す]のいずれかを示し;R1は水素、炭素数1〜3のアルキル基、アルケニル基若しくはアルキニル基、炭素数7〜9のアリールアルキル基若しくはアリールアルケニル基、または炭素数2若しくは3のアルキルカルボニル基を示し;R2およびR3はそれぞれ独立に水溶液中で電子供与基または電子求引基となる基を示し;mおよびnはそれぞれ独立に0〜2の整数を示す。1分子中の二つの同一表示基は互いに同一でも異なっていてもよい。)、および下記式(3)
即ち、本発明は、
[1]下記式(1)
い炭素数1〜6のアルキレン基、または窒素原子を1または2個含む5員または6員脂肪族複素環を間に挟む2つの炭素数1〜3のアルキレン基を示し;R1は水素、炭素数1〜3のアルキル基、アルケニル基若しくはアルキニル基、炭素数7〜9のアリールアルキル基若しくはアリールアルケニル基、または炭素数2若しくは3のアルキルカルボニル基を示し;R2およびR3はそれぞれ独立に水溶液中で電子供与基または電子求引基となる基を示し;mおよびnはそれぞれ独立に0〜2の整数を示す。1分子中の二つの同一表示基は互いに同一でも異なっていてもよい。)で表される化合物またはその塩若しくはその水和物;
[2]Xが下記式(2)
[3]Xが、−C3H6N(CH3)C3H6−である、前記[1]に記載の化合物またはその塩若しくはその水和物;
[4]下記式(3)
[5]Yがピペリジル基またはピペラジル基である前記[4]に記載の化合物またはその塩若しくはその水和物;
[6]R4がメチレン基であり、Yがピペリジル基であってその窒素原子がカルボニル基の炭素原子に結合している、前記[4]に記載の化合物またはその塩若しくはその水和物;
[7]Aがナフタレンジイミド基である前記[1]から[6]のいずれか1項に記載の化合物またはその塩若しくはその水和物;
[8]m=n=0である前記[7]に記載の化合物またはその塩若しくはその水和物;
[9]Aがナフタレンジイミド基である請求項1に記載の化合物またはその塩若しくはその水和物を製造する方法であって、下記反応式(I)に示すように、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物と式(4)で表される化合物とを反応させて、式(5)で表される化合物を得る第一工程と、下記反応式(II)に示すように、式(5)で表される化合物とフェロセンカルボン酸スクシンイミドエステルとを反応させて、目的物を得る第二工程と、を含む製造方法;
前記[1]から[8]のいずれか1項に記載の化合物またはその塩若しくはその水和物を添加する工程と、
二本鎖核酸に結合した前記化合物の電気化学応答を測定する工程と、
を含む、被検試料中の標的核酸を検出する方法;
[12]標的核酸と相補的な塩基配列を有するプローブ核酸が固定された電極と、前記[1]から[8]のいずれか1項に記載の化合物またはその塩若しくはその水和物とを含む、標的核酸検出用キット、に関する。
That is, the present invention
[1] The following formula (1)
[2] X is the following formula (2)
[3] X is, -C 3 H 6 N (CH 3) C 3 H 6 - is a compound or a salt or a hydrate thereof according to [1];
[4] The following formula (3)
[5] The compound according to the above [4], wherein Y is a piperidyl group or a piperazyl group, or a salt or hydrate thereof;
[6] The compound according to [4], a salt thereof or a hydrate thereof, wherein R 4 is a methylene group, Y is a piperidyl group, and the nitrogen atom is bonded to the carbon atom of the carbonyl group;
[7] The compound according to any one of [1] to [6], wherein A is a naphthalenediimide group, or a salt or hydrate thereof;
[8] The compound according to [7], wherein m = n = 0, or a salt or hydrate thereof;
[9] A method for producing a compound according to
Adding the compound according to any one of [1] to [8] above or a salt or hydrate thereof;
Measuring the electrochemical response of the compound bound to a double-stranded nucleic acid;
A method for detecting a target nucleic acid in a test sample, comprising:
[12] An electrode to which a probe nucleic acid having a base sequence complementary to a target nucleic acid is immobilized, and the compound according to any one of [1] to [8] above, a salt thereof, or a hydrate thereof And a target nucleic acid detection kit.
本発明により、合成反応後の分離操作および精製操作等が容易で高収率に得られ、二本鎖核酸に対する選択性の高いインターカレータとして有用な、新規なフェロセン化多環式炭化水素誘導体および新規なフェロセン化ナフタレンジイミド誘導体が提供される。本発明に係るフェロセン化多環式炭化水素誘導体およびフェロセン化ナフタレンジイミド誘導体は、二本鎖核酸に挿入結合(インターカレーション)した後、二本鎖核酸と安定な複合体を形成するので、検出もしやすい。 According to the present invention, a novel ferrocene polycyclic hydrocarbon derivative that is easy to separate and purify after the synthesis reaction, is obtained in high yield, and is useful as an intercalator having high selectivity for double-stranded nucleic acid, and Novel ferroceneated naphthalenediimide derivatives are provided. Since the ferrocened polycyclic hydrocarbon derivative and the ferrocened naphthalene diimide derivative according to the present invention form a stable complex with the double-stranded nucleic acid after intercalation with the double-stranded nucleic acid, it is detected. If easy.
本発明に係る新規化合物を用いれば、特定の配列を有するDNA、RNA等の核酸を、リアルタイムで高感度かつハイスループットに検出することが可能となる。 If the novel compound according to the present invention is used, nucleic acids such as DNA and RNA having a specific sequence can be detected in real time with high sensitivity and high throughput.
以下、本発明に係る化合物を、その好ましい実施形態に基づいて詳細に説明するが、これらは本発明の範囲を何等限定するものではない。 Hereinafter, although the compound concerning this invention is demonstrated in detail based on the preferable embodiment, these do not limit the scope of the present invention at all.
本発明に係る化合物は、その一実施形態として、下記式(1’)
本発明における化合物(1’)の「塩」としては、無機塩基との塩、アンモニウム塩、有機塩基との塩、無機酸との塩、有機酸との塩、塩基性または酸性アミノ酸との塩などが挙げられ、特に限定されないが、最も好ましくは塩酸塩である。 As the “salt” of the compound (1 ′) in the present invention, a salt with an inorganic base, an ammonium salt, a salt with an organic base, a salt with an inorganic acid, a salt with an organic acid, a salt with a basic or acidic amino acid Although not particularly limited, hydrochloride is most preferable.
また本発明に係る化合物(1’)は水和物であっても非水和物であってもよい。 The compound (1 ') according to the present invention may be a hydrate or non-hydrate.
本発明の化合物は、前記式(1’)に示されるように、ナフタレンジイミド部と、フェロセン部と、両部を繋ぐリンカー部分である「−X−NR1−CO−C2H4−」と
から構成されている。そして、上記ナフタレンジイミド部は、DNA等の二本鎖等の隣り合った塩基対の間に平行に挿入される芳香族板状分子構造の縫い込み型インターカレータ部分として機能する。一方、上記フェロセン部は、酸化還元活性を有するので、その存在を電気化学的に検出することができる。これにより、化合物1’は、電気化学活性縫い込み型インターカレータとして機能することができる。本発明の化合物は、上記リンカー部分を前記式(1’)に示す構造としたことにより、合成反応後の分離操作および精製操作等が容易で、収率も高く、特に二本鎖選択性の高いインターカレータとなっている。
As shown in the formula (1 ′), the compound of the present invention has a naphthalenediimide part, a ferrocene part, and a linker part that connects both parts, “—X—NR 1 —CO—C 2 H 4 —”. It consists of and. The naphthalene diimide portion functions as a stitched intercalator portion having an aromatic plate-like molecular structure inserted in parallel between adjacent base pairs such as double strands such as DNA. On the other hand, since the ferrocene part has redox activity, its presence can be detected electrochemically. Thereby, compound 1 'can function as an electrochemically active stitched intercalator. In the compound of the present invention, since the linker moiety has the structure shown in the formula (1 ′), the separation and purification operations after the synthesis reaction are easy, the yield is high, and the double-stranded selectivity is particularly high. It is a high intercalator.
式(1’)中、Xがピペラジル基を含む下記式(2)
また、式(1’)中、mおよびnが1または2である場合(0でない場合)において、R2およびR3で示される水溶液中で電子供与基または電子求引基となる基としては、メチル基、メトキシ基、メトキシカルボニル基、ニトロ基、カルボキシル基、ジメチルアミノメチル基およびジメチルアミノエチルアミノカルボニル基等が挙げられる。例えば、ジメチルアミノメチル基の場合には、水溶液中でプロトン化して電子求引基であるジメチルアンモニウムメチル基として機能する。特に、本発明の化合物をインターカレータとして水溶液中で使用する場合には、無置換のフェロセニル基を含む化合物も好ましいが、R2およびR3として上記の水溶液中で電子供与基または電子求引基となる基を含む化合物は、水溶液中での電子供与基または電子求引基によって電流量の測定時の電位が変化し、その利用価値も高いため好ましい。 In the formula (1 ′), when m and n are 1 or 2 (not 0), the group that becomes an electron donating group or an electron withdrawing group in the aqueous solution represented by R 2 and R 3 is as follows: Methyl group, methoxy group, methoxycarbonyl group, nitro group, carboxyl group, dimethylaminomethyl group, dimethylaminoethylaminocarbonyl group and the like. For example, in the case of a dimethylaminomethyl group, it is protonated in an aqueous solution and functions as a dimethylammoniummethyl group which is an electron withdrawing group. In particular, when the compound of the present invention is used as an intercalator in an aqueous solution, a compound containing an unsubstituted ferrocenyl group is also preferable, but as R 2 and R 3 , an electron donating group or an electron withdrawing group in the above aqueous solution. A compound containing a group is preferable because the potential at the time of measuring the amount of current is changed by an electron donating group or an electron withdrawing group in an aqueous solution and its utility value is high.
また式(1’)中、R1で示されるアルキル基としては、メチル基、エチル基およびプロピル基等が挙げられ、アルケニル基としては、2−プロぺニル基等が挙げられ、アルキニル基としては、エチニル基および2−プロピニル基等が挙げられ、アリールアルキル基としては、ベンジル基およびメチルベンジル基等が挙げられ、アリールアルケニル基としては、3−フェニル−2−プロペニル基等が挙げられ、アルキルカルボニル基としては、アセチル基等が挙げられる。特に、本発明の化合物をインターカレータとして使用する場合には、R1は、核酸に対する結合時の障害を回避できる点で、立体的に嵩高くない基、例えば、水素、メチル基等であることが好ましい。 In the formula (1 ′), examples of the alkyl group represented by R 1 include a methyl group, an ethyl group, and a propyl group. Examples of the alkenyl group include a 2-propenyl group. As the alkynyl group, Include an ethynyl group and a 2-propynyl group; examples of the arylalkyl group include a benzyl group and a methylbenzyl group; examples of the arylalkenyl group include a 3-phenyl-2-propenyl group; Examples of the alkylcarbonyl group include an acetyl group. In particular, when the compound of the present invention is used as an intercalator, R 1 is a group that is not sterically bulky, for example, a hydrogen, a methyl group, or the like in that it can avoid an obstacle during binding to a nucleic acid. Is preferred.
特に本発明の化合物のうち、Xが上記式(2)を示し、R1が水素であり、かつm=n=0(R2およびR3の置換基を有さず無置換;即ち、R2およびR3が水素原子)である化合物、即ち下記式(10)
本発明に係る化合物(1’)の製造方法は特に限定されないが、以下の製造方法、即ち、下記反応式(I)に示すように、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物と式(4)で表される化合物とを反応させて、式(5)で表される化合物を得る第一工程と、下記反応式(II)に示すように、式(5)で表される化合物とフェロセンカルボン酸スクシンイミドエステルとを反応させて、目的物を得る第二工程とを含む製造方法が収率の面等で好ましい。
上記反応式(II)に係る反応においては、例えばまず化合物(5)をトリフルオロ酢酸(TFA)等の溶媒中で撹拌し、ブトキシカルボニル基(Boc)で保護されたアミノ基の脱保護を行い、続いて、クロロホルム、トリエチルアミン等の溶媒中で反応物を撹拌し、減圧での溶媒除去や再結晶等により分離・精製する等の通常の合成法で行われる操作を必要に応じて行う。 In the reaction according to the above reaction formula (II), for example, the compound (5) is first stirred in a solvent such as trifluoroacetic acid (TFA) and the amino group protected with a butoxycarbonyl group (Boc) is deprotected. Subsequently, the reaction is stirred in a solvent such as chloroform or triethylamine, and an operation performed by a usual synthesis method, such as separation and purification by removing the solvent under reduced pressure or recrystallization, is performed as necessary.
また、本発明に係る化合物は、その一実施形態として、下記式(3’)
本発明における化合物(3’)の「塩」としては、無機塩基との塩、アンモニウム塩、有機塩基との塩、無機酸との塩、有機酸との塩、塩基性または酸性アミノ酸との塩などが挙げられ、特に限定されないが、最も好ましくは塩酸塩である。また、本発明に係る化合物(3’)は水和物であっても非水和物であってもよい。 As the “salt” of the compound (3 ′) in the present invention, a salt with an inorganic base, an ammonium salt, a salt with an organic base, a salt with an inorganic acid, a salt with an organic acid, a salt with a basic or acidic amino acid Although not particularly limited, hydrochloride is most preferable. In addition, the compound (3 ′) according to the present invention may be a hydrate or a non-hydrate.
本発明の化合物は、前記式(3’)に示されるように、ナフタレンジイミド部と、フェロセン部と、両部を繋ぐリンカー部分である「−R4−Y−CO−C2H4−」とから構成されている。そして、上記ナフタレンジイミド部は、DNA等の二本鎖等の隣り合った塩基対の間に平行に挿入される芳香族板状分子構造の縫い込み型インターカレータ部分として機能する。一方、上記フェロセン部は、酸化還元活性を有するので、その存在を電気化学的に検出することができる。これにより、化合物(3’)は、電気化学活性縫い込み型インターカレータとして機能することができる。本発明の化合物は、上記リンカー部分を前記式(3’)に示す構造としたことにより、合成反応後の分離操作および精製操作等が容易で、収率も高く、二本鎖選択性の高いインターカレータとなっている。 As shown in the formula (3 ′), the compound of the present invention has a naphthalenediimide moiety, a ferrocene moiety, and a linker moiety that connects both moieties “—R 4 —Y—CO—C 2 H 4 —”. It consists of and. The naphthalene diimide portion functions as a stitched intercalator portion having an aromatic plate-like molecular structure inserted in parallel between adjacent base pairs such as double strands such as DNA. On the other hand, since the ferrocene part has redox activity, its presence can be detected electrochemically. Thereby, the compound (3 ′) can function as an electrochemically active threaded intercalator. In the compound of the present invention, since the linker moiety has the structure shown in the formula (3 ′), separation operation and purification operation after the synthesis reaction are easy, the yield is high, and the duplex selectivity is high. It is an intercalator.
式(3’)中、Yが窒素原子を1または2個含む5員または6員脂肪族複素環であるものは、インターカレータとして用いた場合に、二本鎖核酸への会合反応が速く進む一方で解離反応が抑制され、安定した二本鎖核酸−インターカレータ複合体を形成することができ、この点でYは特にピペリジル基またはピペラジル基であることが好ましい。 In the formula (3 ′), when Y is a 5-membered or 6-membered aliphatic heterocyclic ring containing 1 or 2 nitrogen atoms, when used as an intercalator, the association reaction with a double-stranded nucleic acid proceeds rapidly. On the other hand, the dissociation reaction is suppressed, and a stable double-stranded nucleic acid-intercalator complex can be formed. In this respect, Y is particularly preferably a piperidyl group or a piperazyl group.
また式(3’)中、R4がメチレン基であり、Yがピペリジル基であってその窒素原子がカルボニル基の炭素原子に結合しているものは、分離精製操作が容易な点や、二本鎖核酸と安定した複合体を形成する点で特に優れている。 In the formula (3 ′), R 4 is a methylene group, Y is a piperidyl group, and the nitrogen atom is bonded to the carbon atom of the carbonyl group. It is particularly excellent in that it forms a stable complex with a single-stranded nucleic acid.
式(3’)において、m、n、R2およびR3の定義については、上記化合物(1’)と同様である。 In the formula (3 ′), the definitions of m, n, R 2 and R 3 are the same as in the compound (1 ′).
化合物(3’)の製造方法は特に限定されないが、以下の製造方法、即ち、下記反応式(III)に示すように、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物と式(6)で表される化合物とを反応させて、式(7)で表される化合物を得る第一工程と、下記反応式(IV)に示すように、式(7)で表される化合物とフェロセンカルボン酸スクシンイミドエステルとを反応させて、目的物を得る第二工程とを含む製造方法が収率の面等で好ましい。
本発明に係る化合物(1’)および(3’)は、従来公知のフェロセン化ナフタレンジイミド誘導体に比べて、中でも従来からインターカレータとして用いられている前記ピペラジン環含有フェロセン化ナフタレンジイミド誘導体に比べて、合成反応後の分離操作および精製操作が容易で、しかも、高い収率で得ることが可能なものである。 The compounds (1 ′) and (3 ′) according to the present invention are in comparison with the conventionally known ferrocene naphthalene diimide derivatives, in particular, compared with the piperazine ring-containing ferrocene naphthalene diimide derivatives that have been conventionally used as intercalators. The separation operation and the purification operation after the synthesis reaction are easy and can be obtained in a high yield.
本発明の化合物の用途は特に制限されず、種々の用途に応用できるが、前述の通り、二本鎖核酸に対して規則的に挿入結合するインターカレータとして優れている。 The use of the compound of the present invention is not particularly limited and can be applied to various uses, but as described above, it is excellent as an intercalator that regularly inserts and binds to a double-stranded nucleic acid.
本発明に係る化合物の二本鎖核酸に対するインターカレータとしての機能は、例えば、本発明の化合物と二本鎖核酸との混合物において、二本鎖核酸の濃度変化にともなう紫外可視吸収スペクトルの変化を測定することによって評価できる。一般にインターカレータが二本鎖核酸に挿入結合すると、紫外可視吸収スペクトルにおいて、小さな長波長シフトと極大吸収の淡色効果が観察される。スペクトルの変化から算出した結合率に基づいて、スキャッチャードプロット(Scatchard Plot)により結合定数および座位数を算出することにより、結合能の強さを数値化して評価することができる。 The function of the compound according to the present invention as an intercalator for the double-stranded nucleic acid is, for example, the change in the UV-visible absorption spectrum accompanying the concentration change of the double-stranded nucleic acid in the mixture of the compound of the present invention and the double-stranded nucleic acid. It can be evaluated by measuring. In general, when an intercalator is inserted and bonded to a double-stranded nucleic acid, a light color effect of small long wavelength shift and maximum absorption is observed in the UV-visible absorption spectrum. Based on the binding rate calculated from the change in the spectrum, the binding constant and the number of loci can be calculated by scatchard plot (Scatchard Plot), whereby the strength of the binding ability can be quantified and evaluated.
ここで、二本鎖核酸とは、相補的な塩基配列を有する2つの一本鎖核酸が、塩基間の水素結合によって比較的安定な二本鎖を形成した状態をいう。核酸としては、例えば、DNAやRNAが挙げられるがこれらに限定されず、また細胞から抽出されたものでも、人工的に合成されたものであってもよい。 Here, the double-stranded nucleic acid refers to a state in which two single-stranded nucleic acids having complementary base sequences form a relatively stable double strand by hydrogen bonding between bases. Examples of the nucleic acid include, but are not limited to, DNA and RNA. The nucleic acid may be extracted from cells or artificially synthesized.
本発明に係る化合物をインターカレータとして用いれば、特定の塩基配列を有する標的核酸の検出をすることができる。かかる検出は、例えば、標的核酸と相補的な塩基配列を有するプローブ核酸と、被検試料とをハイブリダイゼーションが起こる条件下で接触させる工程と、本発明に係る化合物を添加する工程と、二本鎖核酸に結合した前記化合物の電気化学応答を測定する工程と、を含む方法により行うことができる。また、標的核酸に相補的な塩基配列を有するプローブ核酸を電極に固定しておくことにより、二本鎖核酸に挿入結合した本発明にかかる化合物の量をサイクリックボルタンメトリーやディファレンシャルパルスボルタンメトリーによって電気化学的に測定することができる。かかる測定方法により、二本鎖の形成を定量的に測定することが可能となり、これを利用して被検試料における標的核酸の定量的測定を、リアルタイムで高感度かつハイスループットに行うことができる。 When the compound according to the present invention is used as an intercalator, a target nucleic acid having a specific base sequence can be detected. Such detection includes, for example, a step of bringing a probe nucleic acid having a base sequence complementary to a target nucleic acid into contact with a test sample under conditions where hybridization occurs, a step of adding a compound according to the present invention, and two steps. Measuring the electrochemical response of the compound bound to the strand nucleic acid. In addition, by immobilizing a probe nucleic acid having a base sequence complementary to the target nucleic acid to the electrode, the amount of the compound according to the present invention inserted and bound to the double-stranded nucleic acid is electrochemically determined by cyclic voltammetry or differential pulse voltammetry. Can be measured automatically. This measurement method makes it possible to quantitatively measure the formation of double strands, and can be used to quantitatively measure the target nucleic acid in a test sample in real time with high sensitivity and high throughput. .
本発明は、標的核酸と相補的な塩基配列を有するプローブ核酸が固定された電極と、本発明に係る化合物とを含む標的核酸検出用キットも提供する。電極を、ボルタンメトリーでそのまま測定できるチップ状に形成しておくことにより、標的核酸の検出をより簡便に、ハイスループットに行うことができる。 The present invention also provides a target nucleic acid detection kit comprising an electrode on which a probe nucleic acid having a base sequence complementary to the target nucleic acid is immobilized, and the compound according to the present invention. By forming the electrode in a chip shape that can be directly measured by voltammetry, the target nucleic acid can be detected more easily and with high throughput.
本発明の化合物を用いた標的核酸の検出方法は、遺伝子の発現解析、特定の遺伝子がゲノムに存在するかどうかの検出、変異や多型の検出、ウィルスや細菌の検出に応用して用いることができ、生物学、医学、法医学等の分野において広く利用される。 The target nucleic acid detection method using the compound of the present invention can be applied to gene expression analysis, detection of whether a specific gene is present in the genome, detection of mutations and polymorphisms, detection of viruses and bacteria. It is widely used in fields such as biology, medicine, and forensic medicine.
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる実施形態に限定されず、種々の変更形態を採用することができる。具体的には、前記式(1’)におけるN,N’−ジ置換ナフタレンジイミド〔前記式(1)におけるAに相当〕を、その他の種々の多環式炭化水素若しくはその誘導体、例えば、芳香属炭化水素、脂肪属複素環、芳香属複素環、脂環式炭化水素等の環を複数有する化合物またはその誘導体、具体的には、1,5−、2,6−、9,10−ジ置換アントラセン、1,5−、2,6−ジ置換アントラキノン、1,5−、2,6−、4,9−ジ置換アクリジン誘導体等に変更することが可能である。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to this embodiment, A various change form is employable. Specifically, N, N′-disubstituted naphthalenediimide in the formula (1 ′) [corresponding to A in the formula (1)] is replaced with other various polycyclic hydrocarbons or derivatives thereof such as aromatics. Compounds having a plurality of rings such as genus hydrocarbons, aliphatic heterocycles, aromatic heterocycles, alicyclic hydrocarbons or the like, specifically 1,5-, 2,6-, 9,10-di It can be changed to substituted anthracene, 1,5-, 2,6-disubstituted anthraquinone, 1,5-, 2,6-, 4,9-disubstituted acridine derivatives and the like.
式(1)におけるAを9,10−ジ置換アントラセンとした新規なフェロセン化アントラセン誘導体も同様に好ましく、このような化合物として、例えば、Xが−CH2−NH−C3H6−N(CH3)−C3H6−である、下記式(11)が挙げられる。
以下に、本発明に係る化合物の有利な効果を示すため、実施例、試験例を示すが、これらは例示的なものであって、本発明は如何なる場合も以下の具体例に制限されるものではない。 In order to show the advantageous effects of the compounds according to the present invention, examples and test examples will be shown below, but these are illustrative and the present invention is in any case limited to the following specific examples. is not.
NFcproの合成
(i)リンカー部の片Boc保護
本発明に係る化合物の例として、上記式(10)で表される新規フェロセン化ナフタレンジイミド(以下「NFcpro」と称することもある)を合成するために、まずリンカー部となる1,4−ビス(3−アミノプロピル)ピペラジンの片Boc保護を、下記スキームにしたがって行った。
1,4−ビス(3−アミノプロピル)ピペラジン51.6ml(0.25mol)を1,4−ジオキサン約20mlに溶解させ、これにS-tert-butyloxycarbonyl-4,6-dimethyl-2-mercaptopyrimidine12.0g(0.05mol)を1,4−ジオキサン約80mlに溶解させた溶液を室温で約5時間かけて滴下した。滴下後しばらく撹拌していると溶液の粘性が高くなったのでさらに1,4−ジオキサンを約200ml加え、その後一晩撹拌を続けた。
生成した白色沈殿を吸引ろ過で取り除き、ろ液を減圧留去した。減圧留去後純水約150mlを加え、それにNaClを加えて塩析を行った後、酢酸エチルで抽出を行った(100ml×4)。有機層を炭酸カリウムで乾燥後、溶媒を減圧留去して黄色油状物質を得た。
得られた化合物の1H−NMR測定を行った。1H−NMRスペクトルデータを表1に示す。
なお、1H−NMR測定結果に酢酸エチルのピークが認められたため、真空ポンプでよく乾燥させた後、次の反応に進んだ。
Synthesis of NFcpro (i) Single Boc Protection of Linker Part As an example of the compound according to the present invention, to synthesize a novel ferrocene naphthalenediimide (hereinafter sometimes referred to as “NFcpro”) represented by the above formula (10) First, one-Boc protection of 1,4-bis (3-aminopropyl) piperazine serving as a linker portion was performed according to the following scheme.
51.6 ml (0.25 mol) of 1,4-bis (3-aminopropyl) piperazine was dissolved in about 20 ml of 1,4-dioxane, and S-tert-butyloxycarbonyl-4,6-dimethyl-2-mercaptopyrimidine 12. A solution prepared by dissolving 0 g (0.05 mol) in about 80 ml of 1,4-dioxane was added dropwise at room temperature over about 5 hours. When the mixture was stirred for a while after the dropwise addition, the viscosity of the solution became high, so about 200 ml of 1,4-dioxane was further added, and the stirring was continued overnight.
The produced white precipitate was removed by suction filtration, and the filtrate was distilled off under reduced pressure. After distilling off under reduced pressure, about 150 ml of pure water was added, and NaCl was added thereto for salting out, followed by extraction with ethyl acetate (100 ml × 4). The organic layer was dried over potassium carbonate, and then the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a yellow oily substance.
1 H-NMR measurement of the obtained compound was performed. 1 H-NMR spectral data are shown in Table 1.
In addition, since the peak of ethyl acetate was recognized by the < 1 > H-NMR measurement result, after drying well with the vacuum pump, it advanced to the next reaction.
(ii)ナフタレンテトラカルボン酸二無水物への化合物(12)の結合
続いて、上記反応式(I)に示される反応として、下記スキームに従い、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物にリンカー部となる化合物(12)を結合させた。
得られた化合物の1H−NMR測定を行った。1H−NMRスペクトルデータを表2に示す。
なお、1H−NMR測定結果で、hの積分比があっていないのは、メタノールのヒドロキシル基のピークと水のピークが重なっているためであると考えられる。
(Ii) Binding of compound (12) to naphthalenetetracarboxylic dianhydride Subsequently, as a reaction shown in the above reaction formula (I), a compound that becomes a linker part to naphthalenetetracarboxylic dianhydride according to the following scheme (12) was bound.
1 H-NMR measurement of the obtained compound was performed. The 1 H-NMR spectrum data is shown in Table 2.
In addition, it is thought that it is because the peak of the hydroxyl group of methanol and the peak of water overlap that h does not have the integration ratio of h by the < 1 > H-NMR measurement result.
(iii)ブトキシカルボニル基(Boc)で保護されたアミノ基の脱保護
次に、下記スキームに従い、化合物(14)を得るために、化合物(13)の脱Boc反応を行った。
得られた固体の1H−NMR測定および元素分析を行った。1H−NMRスペクトルデータを表3に、元素分析の結果を表4に示す。
元素分析の結果より、得られた化合物は6ヶ所がTFAの塩になっていることが確認された。1H−NMRの結果とあわせて、上記薄紫色固体は、下記式で表される化合物(14)であると認められた。収量は3.2g、収率は83%であった。
The obtained solid was subjected to 1 H-NMR measurement and elemental analysis. 1 H-NMR spectral data are shown in Table 3, and the results of elemental analysis are shown in Table 4.
From the results of elemental analysis, it was confirmed that six of the obtained compounds were TFA salts. Together with the result of 1 H-NMR, the pale purple solid was recognized as the compound (14) represented by the following formula. The yield was 3.2 g and the yield was 83%.
(iv)NFcproの合成
最後に、下記スキームに従い、目的化合物であるNFcproを得るために、化合物(14)とフェロセンプロピオン酸スクシンイミドエステル(化合物(15))を反応させた。
100mlナス型フラスコに化合物(14)0.53g(0.4mmol)、クロロホルム20ml、トリエチルアミン0.35ml(2.4mmol)を加え完全に溶解させた後、フェロセンプロピオン酸スクシンイミドエステル 0.29g(1.2mmol)を加え室温で撹拌した。シリカゲルTLCで反応追跡を行い、18時間後反応を終了し溶媒を減圧留去し、茶色の油状物質を得た。これをクロロホルム100mlに溶かし、純水100mlで洗浄、抽出し、クロロホルム相を減圧留去した。得られた固体物を、シリカゲルクロマトグラフィーを用いて(展開溶媒 クロロホルム:メタノール:ジエチルアミン=95:5:0.5)Rf値0.15の成分を分取し、溶媒を減圧留去した。さらに12時間減圧乾固して、融点が300℃以上である橙色粉末を得た。
得られた化合物を1H−NMR、MALDI−TOF−MASSを用いて同定し、およびHPLCにより純度チェックを行った。
1H−NMRスペクトルデータを表5に示す。
また、MALDI−TOF−MASSによる測定結果を図1に示す。マトリックスとしてα-cyano-IV-hydroxycinnamic acid(CHCA)を用い、レーザ強度は1250
とした。最も大きなピークのm/z=1115.8から、得られた化合物が上記化合物(10)であることがさらに確認された。なお、m/z=1049.7、m/z=982.2のピークは、それぞれフェロセン部位のシクロペンタジエンが一つずつ外れたものである。
HPLCの純度測定結果を図2に示す。検出波長は385nmとし、カラムはInertsilODS−3を用い、試料注入溶媒はメタノール、溶離液Aは0.1%TFA水溶液、溶離液Bは0.1%TFAメタノール溶液とした。溶離液のグラジエント条件を表6に示す。
上記に示したHPLCによる純度チェックにおいても、目的物由来のピークのみが観測された。この結果から、シリカゲルクロマトグラフィーにより、2つのリンカーの両方にフェロセンが導入された化合物(目的物であるNFcpro)が、2つのリンカーのうち1つだけにフェロセンが導入された化合物から効率よく分離され、純度の高いNFcproを高収率で得られたことが確認された。
(Iv) Synthesis of NFcpro Finally, according to the following scheme, compound (14) was reacted with ferrocenepropionic acid succinimide ester (compound (15)) to obtain the target compound, NFcpro.
In a 100 ml eggplant type flask, 0.53 g (0.4 mmol) of compound (14), 20 ml of chloroform and 0.35 ml (2.4 mmol) of triethylamine were added and completely dissolved, and then 0.29 g (1. ferrocenepropionic acid succinimide ester). 2 mmol) was added and stirred at room temperature. The reaction was monitored by silica gel TLC. After 18 hours, the reaction was completed, and the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a brown oily substance. This was dissolved in 100 ml of chloroform, washed and extracted with 100 ml of pure water, and the chloroform phase was distilled off under reduced pressure. The obtained solid substance was subjected to silica gel chromatography (developing solvent: chloroform: methanol: diethylamine = 95: 5: 0.5) to fractionate a component having an Rf value of 0.15, and the solvent was distilled off under reduced pressure. The mixture was further dried under reduced pressure for 12 hours to obtain an orange powder having a melting point of 300 ° C. or higher.
Resulting compound 1 H-NMR, it was identified using MALDI-TOF-MASS, and was pure checked by HPLC.
The 1 H-NMR spectrum data is shown in Table 5.
Moreover, the measurement result by MALDI-TOF-MASS is shown in FIG. Α-cyano-IV-hydroxycinnamic acid (CHCA) is used as the matrix, and the laser intensity is 1250.
It was. From the largest peak m / z = 1115.8, it was further confirmed that the obtained compound was the compound (10). The peaks at m / z = 1049.7 and m / z = 982.2 are obtained by removing one cyclopentadiene from the ferrocene site.
The HPLC purity measurement results are shown in FIG. The detection wavelength was 385 nm, the column was Inertsil ODS-3, the sample injection solvent was methanol, eluent A was 0.1% TFA aqueous solution, and eluent B was 0.1% TFA methanol solution. Table 6 shows the gradient conditions of the eluent.
In the purity check by HPLC shown above, only the peak derived from the target product was observed. From this result, the compound in which ferrocene was introduced into both of the two linkers (NFCpro which is the target product) was efficiently separated from the compound in which ferrocene was introduced into only one of the two linkers by silica gel chromatography. It was confirmed that high-purity NFcpro was obtained in high yield.
FND2の合成
次に、本発明に係る化合物の例として、上記式(10’)で表される新規フェロセン化ナフタレンジイミド(以下「FND2」と称することもある)を、以下のスキームにしたがって合成した。
得られた固体を1H−NMR、MALDI−TOF−MASSを用いて同定し、およびHPLCにより純度チェックを行った。1H−NMRの結果を表7に示す。
また、MALDI−TOF−MASSによる測定結果を図4に示す。マトリックスとしてα-cyano-IV-hydroxycinnamic acid(CHCA)を用い、レーザ強度は2.2×
104とした。最も大きなピークのm/z=1005.02から、得られた化合物が上記FND2(10’)であることがさらに確認された。
HPLCの純度測定結果を図5に示す。検出波長は384nmとし、カラムはInertsilODS−3を用い、試料注入溶媒は0.1%TFA水溶液、溶離液Aは0.1%TFA水溶液、溶離液Bは70%アセトニトリル/30%−0.1%TFA溶液とした。溶離液のグラジエント条件を表8に示す。
上記に示したHPLCによる純度チェックにおいても、目的物由来のピークのみが観測された。この結果から、純度の高いFND2を高収率で得られたことが確認された。
Synthesis of FND2 Next, as an example of the compound according to the present invention, a novel ferroceneated naphthalenediimide (hereinafter sometimes referred to as “FND2”) represented by the above formula (10 ′) was synthesized according to the following scheme. .
The obtained solid was identified using 1 H-NMR, MALDI-TOF-MASS, and purity was checked by HPLC. The results of 1 H-NMR are shown in Table 7.
Moreover, the measurement result by MALDI-TOF-MASS is shown in FIG. Α-cyano-IV-hydroxycinnamic acid (CHCA) is used as the matrix, and the laser intensity is 2.2 ×
10 4 . From the largest peak, m / z = 1005.02, it was further confirmed that the obtained compound was the above FND2 (10 ′).
The HPLC purity measurement results are shown in FIG. The detection wavelength was 384 nm, the column was Inertsil ODS-3, the sample injection solvent was 0.1% TFA aqueous solution, eluent A was 0.1% TFA aqueous solution, and eluent B was 70% acetonitrile / 30% -0.1. % TFA solution. Table 8 shows the gradient conditions of the eluent.
In the purity check by HPLC shown above, only the peak derived from the target product was observed. From this result, it was confirmed that high purity FND2 was obtained in high yield.
NFcproのインターカレータとしての性能評価
実施例1で合成されたNFcpro(上記式(10))の縫い込み型インターカレータとしての性能を評価するために、Calf thymus DNA(CT−DNA)の添加に伴うNFcproの紫外可視吸収スペクトルの変化の測定、およびScatchard解析を行った。一般に、化合物がインターカレータとして二本鎖核酸に結合すると、その化合物の紫外可視吸収スペクトルは、小さな長波長シフトと、大きな淡色効果(Hypochromic effect)を示す。また、インターカレータの濃度を一定に保って、DNAを種々変化させたとき、インターカレータの紫外可視吸収スペクトルが等吸収点を通る二つの状態間で変化すれば、Scatchard解析により結合定数や、結合部位の数を求めることができる。
下記の条件で、NFcproを含む溶液中に、DNA溶液を少量(3μL程度)ずつ滴下し、その都度NFcproの紫外可視吸収を測定した。DNA溶液は全部で300μL滴下し、全測定に6分間要した。滴下終了後4分間撹拌し、さらに1分間放置した。なお、測定温度は25℃とし、NFcproは、塩酸塩として水に溶解して使用した。
・buffer; 2−モルホリノ・エタン・スルホン酸(MES) 10mM、EDTA (pH 6.25) 1mM、NaCl 0.1M
・stock solution; [NFcpro]=1.2mM、[Calf thymus DNA]=3mM (bp)
・セル中の濃度; [NFcpro]=2.4μM
・使用セル; 10cmセル
結果を図7に示す。極大吸収の淡色効果が見られ、CT−DNAに対してインターカレーションしていることが示唆された。
また、紫外可視吸収スペクトルの変化から結合率を算出し、この結合率に基づいて、Scatchard Plotしたものを図8に示す。下記式(α)により、図8に基づく実験データと理論データを最適化(fitting)させることによって、結合定数K、座位数nを算出した。波長は382nmとした。
r/L=K(1−nr)〔(1−nr)/{1−(n−1)r}〕n-1…(α)
結合定数K=57×105[M-1]、座位数n=1.4と算出された。後述する比較例からもわかるように、NFcproは、従来用いられているインターカレータと比較して10〜50倍強い結合定数を有することがわかった。
Evaluation of performance of NFcpro as an intercalator In order to evaluate the performance of NFcpro synthesized in Example 1 (the above formula (10)) as a stitched intercalator, accompanying the addition of Calf thymus DNA (CT-DNA) The change in the UV-visible absorption spectrum of NFcpro was measured, and Scatchard analysis was performed. In general, when a compound binds to a double-stranded nucleic acid as an intercalator, the ultraviolet-visible absorption spectrum of the compound exhibits a small long wavelength shift and a large hypochromic effect. In addition, when the concentration of the intercalator is kept constant and the DNA is changed variously, if the UV-visible absorption spectrum of the intercalator changes between two states passing through the isosbestic point, the Scatterchart analysis can determine the binding constant and the binding. The number of sites can be determined.
Under the following conditions, a small amount (about 3 μL) of the DNA solution was dropped into a solution containing NFcpro, and the UV-visible absorption of NFcpro was measured each time. A total of 300 μL of the DNA solution was dropped, and it took 6 minutes for all measurements. After completion of the dropwise addition, the mixture was stirred for 4 minutes and further left for 1 minute. The measurement temperature was 25 ° C., and NFcpro was used as a hydrochloride dissolved in water.
-Buffer; 2-morpholino-ethane-sulfonic acid (MES) 10 mM, EDTA (pH 6.25) 1 mM, NaCl 0.1 M
・ Stock solution; [NFcpro] = 1.2mM, [Calf thymus DNA] = 3mM (bp)
・ Concentration in cell; [NFcpro] = 2.4 μM
-Cell used: 10 cm cell The results are shown in FIG. A light-colored effect of maximum absorption was observed, suggesting that it was intercalated for CT-DNA.
Further, FIG. 8 shows the binding rate calculated from the change in the ultraviolet-visible absorption spectrum and the Scatchard Plot based on this binding rate. The coupling constant K and the number of seats n were calculated by optimizing the experimental data and theoretical data based on FIG. The wavelength was 382 nm.
r / L = K (1-nr) [(1-nr) / {1- (n-1) r}] n-1 (α)
It was calculated that the coupling constant K = 57 × 10 5 [M −1 ] and the number of locus n = 1.4. As can be seen from the comparative examples described later, it was found that NFcpro has a binding constant that is 10 to 50 times stronger than that of conventionally used intercalators.
比較例として、従来からインターカレータとして使用されている、下記式(8)で表されるNFccaおよび式(15)で表されるNFcacについても紫外可視吸収スペクトルの測定およびScatchard Plotを行った。
NFcacの紫外可視吸収スペクトル変化を図9に、Scatchard Plotを図10に示す。図9においては、極大吸収の淡色効果が見られ、CT−DNAに対してインターカレーションしていることが示唆された。
結合定数K=6.8×105[M-1]、座位数n=2.1と算出された。座位数2.1という数字から、DNA塩基対一つおきにインターカレータが挿入結合していることが示唆された。
As a comparative example, UV-visible absorption spectrum measurement and Scatchard Plot were performed for NFcca represented by the following formula (8) and NFfac represented by formula (15), which have been used as an intercalator.
FIG. 9 shows changes in the UV-visible absorption spectrum of NFac, and FIG. 10 shows the Scatchard Plot. In FIG. 9, the light absorption effect of the maximum absorption was observed, suggesting that the CT-DNA was intercalated.
The coupling constant K was calculated as 6.8 × 10 5 [M −1 ] and the number of loci n = 2.1. The number of loci 2.1 indicates that every other DNA base pair has an intercalator.
本発明に係る化合物であるNFcpro、比較例であるNFcacおよびNFccaについて、Scatchard Plotにより求めた結合定数および座位数を表9に示す。 Table 9 shows the binding constants and the number of loci determined by Scatchard Plot for NFcpro, which is a compound according to the present invention, and NFfac and NFcca, which are comparative examples.
ディファレンシャルパルスボルタンメトリ(DPV)を用いたNFcproの二本鎖選択性の評価
表面に一本鎖DNAを固定した電極を用いて、この一本鎖に静電的相互作用によって結合するインターカレータの量、およびこの一本鎖に相補的な配列を有する標的DNAがハイブリダイゼーションした際に生じた二本鎖にインターカレーションするインターカレータの量を、それぞれ電気化学的に測定した。
インターカレータとしては、本発明に係るNFcpro、比較例としてNFccaおよびNFcacを合成し、塩酸塩として用いた。
Evaluation of double-strand selectivity of NFcpro using differential pulse voltammetry (DPV) Using an electrode with single-stranded DNA immobilized on the surface, an intercalator that binds to this single-strand by electrostatic interaction The amount and the amount of intercalator that intercalates into the double strand generated when the target DNA having a sequence complementary to this single strand hybridizes were each measured electrochemically.
As an intercalator, NFcpro according to the present invention and NFcca and NFcac as a comparative example were synthesized and used as hydrochlorides.
(i)プローブDNAの電極への固定
10pmol/μlのDNA溶液1μLを金電極表面に滴下し、乾燥しないようにキャップをして、25℃で2時間放置した。その後、1mMの2−メルカプトエタノール1μLを金電極表面に滴下して、25℃で2時間放置し、一本鎖固定化電極を得た。一本鎖DNAは、硫黄原子を介して金電極に固定される。
本実施例では、配列番号:1に記載されるWildtype G71Rの部分配列(24mer)を標的DNAとし、これに相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドをプローブDNAとした。プローブDNAの塩基配列を配列番号:2に示す。これらのオリゴヌクレオチドの調製は、北海道システム・サイエンス株式会社に委託した。G71R配列は、抗癌剤イリノテカンの副作用を引き起こすとされている危険因子の一つである。
(I) Fixation of probe DNA to
In this example, a wildtype G71R partial sequence (24mer) described in SEQ ID NO: 1 was used as a target DNA, and an oligonucleotide having a complementary base sequence was used as a probe DNA. The base sequence of the probe DNA is shown in SEQ ID NO: 2. The preparation of these oligonucleotides was outsourced to Hokkaido System Science Co., Ltd. The G71R sequence is one of risk factors that are believed to cause side effects of the anticancer drug irinotecan.
(ii)プローブDNAに対するインターカレータの結合量の測定
上述の一本鎖固定化電極を、0.1Mの酢酸緩衝液(pH5.6)、0.1MのKCl水溶液および50μMのインターカレータ溶液からなる溶液(以下「電解溶液」という)に3分間浸し、DPV測定を行った。DPV測定には、ALS Model 610を用い、掃引速度100mV/secとして、指示書に従って通常の測定方法により測定した。DPV測定では、DNAに結合したインターカレータ量を、その末端に導入したフェロセンをシグナルとして検出することにより測定する。
(Ii) Measurement of binding amount of intercalator to probe DNA The above-mentioned single-strand immobilized electrode is composed of 0.1 M acetate buffer (pH 5.6), 0.1 M KCl aqueous solution and 50 μM intercalator solution. It was immersed in a solution (hereinafter referred to as “electrolytic solution”) for 3 minutes, and DPV measurement was performed. For the DPV measurement, ALS Model 610 was used and the sweep rate was 100 mV / sec. In the DPV measurement, the amount of intercalator bound to DNA is measured by detecting ferrocene introduced at its end as a signal.
NFcpro、NFcac、NFccaについての測定結果を、それぞれ図11、12、13中に「ssDNA」で示す。 The measurement results for NFcpro, NFcac, and NFcca are shown as “ssDNA” in FIGS.
一本鎖DNAに対するインターカレータの結合は、静電的相互作用によるものであると考えられる。 Intercalator binding to single stranded DNA is thought to be due to electrostatic interactions.
(iii)プローブDNAと標的DNAとのハイブリダイゼーション
(i)で得られた一本鎖固定化電極表面に、Wildtype G71R溶液(10
pmol/μl)溶液1μLを滴下した。乾燥しないようにキャップをし、25℃で30分間放置して、プローブDNAと標的DNAとのハイブリダイゼーションを生じさせた。
(Iii) Hybridization of probe DNA and target DNA On the surface of the single-stranded immobilized electrode obtained in (i), a Wildtype G71R solution (10
1 μL of pmol / μl) solution was added dropwise. The cap was capped so that it did not dry, and it was left at 25 ° C. for 30 minutes to cause hybridization between the probe DNA and the target DNA.
(iv)二本鎖DNAに対するインターカレータの結合量の測定
この電極を電解溶液に3分間浸し、DPV測定を行った。
NFcpro、NFcac、NFccaについての測定結果は、それぞれ図11、12、13中に「dsDNA」で示す。
いずれのインターカレータについても、二本鎖DNAへの結合量は、一本鎖DNAへの結合量を上回った。それぞれのピーク電位は、サイクリックボルタンメトリーにより得られた酸化電位に相当するものであった。
二本鎖DNAから得られるDPV測定の結果には、二本鎖に対して挿入結合(インターカレーション)したインターカレータからのシグナルと、静電的相互作用により結合しているインターカレータからのシグナルが含まれると考えられる。そこで、上記(ii
)で得られた一本鎖状態でのピーク応答電流値をi0、(iv)で得られた二本鎖形成後
のピーク応答電流値をiとして、下記式に従って応答電流のピーク電流増加率Δiを求め、この値で二本鎖DNAへの結合能の評価を行った。
Δi=[(i−i0)/i0]×100(%)
それぞれのピーク電流値および、Δiの値を図14に示す。Δi値は、NFcproが最も大きく182%であり、NFccaは123%、NFcacは88%であった。このことから、二本鎖に対する選択性は、NFcproが最も高いことがわかる。NFcproは、ピーク電流値のばらつきも小さく、ベースラインも安定している。
なお、本実施例において二本鎖DNAへの結合能を示すΔi値と、実施例2においてScatchard解析により得られた値とが異なるのは、溶液中と固相担体上での二本鎖DNAへの結合能の違いや、DNA一分子当たりのインターカレータの濃度の違いなどが原因とされる。
(Iv) Measurement of binding amount of intercalator to double-stranded DNA This electrode was immersed in an electrolytic solution for 3 minutes, and DPV measurement was performed.
The measurement results for NFcpro, NFcac, and NFcca are indicated by “dsDNA” in FIGS.
In any intercalator, the amount of binding to double-stranded DNA exceeded the amount of binding to single-stranded DNA. Each peak potential corresponds to an oxidation potential obtained by cyclic voltammetry.
The results of DPV measurement obtained from double-stranded DNA include signals from intercalators intercalated with double strands and signals from intercalators bound by electrostatic interaction. Is considered to be included. Therefore, the above (ii
), The peak response current value in the single-stranded state obtained in step i) is i 0 , and the peak response current value after formation of the double strand obtained in step (iv) is i. Δi was determined, and the ability to bind to double-stranded DNA was evaluated using this value.
Δi = [(i−i 0 ) / i 0 ] × 100 (%)
The respective peak current values and Δi values are shown in FIG. The Δi value was the largest for NFcpro, 182%,
In this example, the Δi value indicating the ability to bind to double-stranded DNA differs from the value obtained by Scatchard analysis in Example 2 in the double-stranded DNA in solution and on the solid support. This is caused by the difference in binding ability to DNA and the concentration of intercalator per DNA molecule.
競合インターカレーションによる結合能の評価
電解溶液中に2種類のインターカレータを共存させ、競合してインターカレーションさせることにより、両インターカレータの結合能を比較した。
実施例3と同様の方法で、配列番号:2に記載の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを用いて、一本鎖固定化電極を作成した。電極表面に、配列番号:1に記載の塩基配列を有するWildtype G71R(標的DNA)を含む電解溶液を滴下し、ハイブリダイゼーションさせた。
この電極を、NFcproおよびNFccaを含む電解溶液に3分間浸し、DPV測定を行った。測定結果を図15に示す。それぞれのインターカレータに相当するピーク電流値が観測され、二本鎖DNAへのインターカレーションによるピーク電流値の増加も見られる。競合的にインターカレーションが起こったため、それぞれのピーク電流値の増加率に差が現れた。
図16に、ピーク電流値の比較と、実施例3と同様の方法で求めたΔiの値を示す。NFcproのΔiは98%であり、NFcca(Δi=25%)に比較して、約4倍の増加率を示した。これは、Scatchard解析による結合能の評価の結果とも一致し、NFcproの結合能の高さが確認された。
Evaluation of binding ability by competitive intercalation Two intercalators were allowed to coexist in the electrolytic solution and competitively intercalated to compare the binding ability of both intercalators.
In the same manner as in Example 3, a single-stranded immobilized electrode was prepared using the oligonucleotide having the base sequence described in SEQ ID NO: 2. An electrolytic solution containing Wildtype G71R (target DNA) having the base sequence described in SEQ ID NO: 1 was dropped on the electrode surface to allow hybridization.
This electrode was immersed in an electrolytic solution containing NFcpro and NFcca for 3 minutes, and DPV measurement was performed. The measurement results are shown in FIG. A peak current value corresponding to each intercalator is observed, and an increase in peak current value due to intercalation into double-stranded DNA is also observed. Due to competitive intercalation, there was a difference in the rate of increase of each peak current value.
FIG. 16 shows the comparison of peak current values and the value of Δi obtained by the same method as in Example 3. The NFcpro Δi was 98%, indicating an approximately 4-fold increase compared to NFcca (Δi = 25%). This coincided with the result of the evaluation of the binding ability by Scatchard analysis, and the high binding ability of NFcpro was confirmed.
Claims (12)
い炭素数1〜6のアルキレン基、−(CH2)x−B−(CH2)y−[ここでBは窒素原子を1若しくは2個含む5員若しくは6員脂肪族複素環を示し;xおよびyはそれぞれ独立に0〜3の整数を示す]、または−(CH2)a−(NR5)−(CH2)b−(NR6)−(CH2)c−[ここでa、bおよびcはそれぞれ独立に0〜3の整数を示し、R5およびR6はそれぞれ独立に水素またはメチル基を示す]のいずれかを示し;R1は水素、炭素数1〜3のアルキル基、アルケニル基若しくはアルキニル基、炭素数7〜9のアリールアルキル基若しくはアリールアルケニル基、または炭素数2若しくは3のアルキルカルボニル基を示し;R2およびR3はそれぞれ独立に水溶液中で電子供与基または電子求引基となる基を示し;mおよびnはそれぞれ独立に0〜2の整数を示す。1分子中の二つの同一表示基は互いに同一でも異なっていてもよい。)で表される化合物またはその塩若しくはその水和物。 Following formula (1)
請求項1から8のいずれか1項に記載の化合物またはその塩若しくはその水和物を添加する工程と、
二本鎖核酸に結合した前記化合物の電気化学応答を測定する工程と、
を含む、被検試料中の標的核酸を検出する方法。 Contacting a probe nucleic acid having a base sequence complementary to a target nucleic acid with a test sample under conditions where hybridization occurs;
Adding the compound according to any one of claims 1 to 8, or a salt or hydrate thereof;
Measuring the electrochemical response of the compound bound to a double-stranded nucleic acid;
A method for detecting a target nucleic acid in a test sample, comprising:
A kit for detecting a target nucleic acid, comprising: an electrode on which a probe nucleic acid having a base sequence complementary to the target nucleic acid is immobilized; and the compound according to any one of claims 1 to 8, or a salt or hydrate thereof. .
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