JP7313619B2 - Compound, fluorescent label introduction agent, and fluorescent label introduction method - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 平成29年11月14日発行の第44回国際核酸化学シンポジウム日本核酸化学会第1回年会講演要旨集の392~393頁で発表Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Law Presented on pages 392-393 of the 44th International Symposium on Nucleic Acid Chemistry published on November 14, 2017, 1st Annual Meeting of the Nucleic Acid Chemistry Society of Japan
本発明は、化合物、蛍光標識導入剤及び蛍光標識導入方法に関するものであり、より詳しくは、細胞の中に取り込まれたときに蛍光を示す蛍光標識が導入された化合物、及びそのような蛍光標識を化合物に導入するための蛍光標識導入剤及び蛍光標識導入方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a compound, a fluorescent label-introducing agent, and a fluorescent label-introducing method, and more particularly to a compound into which a fluorescent label that exhibits fluorescence when incorporated into a cell has been introduced, and a fluorescent label-introducing agent and a fluorescent label-introducing method for introducing such a fluorescent label into the compound.
今日、DNA(デオキシリボ核酸)やRNA(リボ核酸)といった核酸の合成法は確立されており、比較的短鎖の核酸であるオリゴヌクレオチドの自動合成機を用いた合成も行われている。こうして得られた合成オリゴヌクレオチドは、生命化学研究や医療診断等のために日常的に用いられつつある。合成オリゴヌクレオチドの有用な用途の一つに、核酸医薬がある。合成オリゴヌクレオチドは、例えば、疾患の原因となるタンパク質をコードする遺伝子から転写されたmRNAと相補的な塩基配列を持つオリゴヌクレオチドを細胞内に導入することにより、このタンパク質の合成を阻害するアンチセンス法(非特許文献1を参照。)で用いられる。 Today, methods for synthesizing nucleic acids such as DNA (deoxyribonucleic acid) and RNA (ribonucleic acid) have been established, and oligonucleotides, which are relatively short-chain nucleic acids, are synthesized using an automatic synthesizer. The synthetic oligonucleotides thus obtained are being routinely used for biochemical research, medical diagnosis, and the like. One useful application of synthetic oligonucleotides is nucleic acid medicine. Synthetic oligonucleotides are used, for example, in antisense methods (see Non-Patent Document 1) to inhibit the synthesis of disease-causing proteins by introducing into cells oligonucleotides having base sequences complementary to mRNA transcribed from genes encoding disease-causing proteins.
ところで、こうしたDNAやRNAは、1ないし複数のリン酸基を持っており、それゆえ極性が高く細胞膜透過性が悪い。こうした点が核酸医薬の問題点の一つになっている。この問題に対応するために、リン酸基に含まれるOH基を細胞内の酵素で脱離可能な置換基で保護し、脂溶性を向上させる手法が用いられることがある。このような置換基で修飾された化合物は、細胞膜を通過した後に、細胞内の酵素により脱保護を受けることにより、核酸医薬としての活性を発現するプロドラッグとなる(例えば、非特許文献2を参照)。 By the way, such DNA and RNA have one or more phosphate groups, and therefore have high polarity and poor cell membrane permeability. These points are one of the problems of nucleic acid drugs. In order to deal with this problem, a method of protecting the OH group contained in the phosphate group with a substituent group that can be detached by an intracellular enzyme to improve fat solubility is sometimes used. A compound modified with such a substituent becomes a prodrug that exhibits activity as a nucleic acid drug by undergoing deprotection by intracellular enzymes after passing through the cell membrane (see, for example, Non-Patent Document 2).
このように様々な工夫を施して、合成されたDNAやRNA等の分子を細胞内に取り込ませ、核酸医薬として用いる試みがなされている。そのような試みの成果を評価する方法として、合成された分子がどの程度細胞に取り込まれるかを確認する手法も必要である。このための一般的な手法として、合成された分子に蛍光性基を結合して標識した後に細胞培養液に加え、蛍光顕微鏡で細胞を観察した際に蛍光が観察されるか否かを調べる手法を挙げることができる(例えば、非特許文献3を参照)。この手法では、細胞内に取り込まれた分子が蛍光を発するため、分子が細胞内に取り込まれたか否かを直接観察することができる。 As described above, various attempts have been made to incorporate molecules such as synthesized DNA and RNA into cells and use them as nucleic acid medicines. As a method for evaluating the results of such attempts, a method for confirming the extent to which synthesized molecules are taken up by cells is also required. As a general technique for this purpose, a fluorescent group is attached to a synthesized molecule, labeled, added to a cell culture medium, and fluorescence is observed when cells are observed with a fluorescence microscope. With this method, molecules taken up into cells emit fluorescence, so that it is possible to directly observe whether or not molecules have been taken up into cells.
しかし、この手法では、細胞内に取り込まれずに残った標識化合物がバックグラウンドとなり、蛍光顕微鏡での観察精度が低下する可能性もある。また、単に細胞膜に結合しただけの標識化合物と、細胞内に取り込まれた標識化合物とを区別することも容易でない。 However, with this method, the labeled compound that remains unincorporated into the cells becomes a background, and there is a possibility that the accuracy of observation with a fluorescence microscope will decrease. In addition, it is not easy to distinguish between a labeling compound that is simply bound to the cell membrane and a labeling compound that has been taken up into cells.
本発明は、以上の状況に鑑みてなされたものであり、細胞外では蛍光を示さない一方で、細胞に取り込まれると蛍光を発する蛍光標識をもつ化合物、及びそのような蛍光標識を導入するための蛍光標識導入剤を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a compound having a fluorescent label that does not show fluorescence outside the cell but emits fluorescence when taken into the cell, and a fluorescent label introduction agent for introducing such a fluorescent label.
本発明者らは、以上の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、蛍光発光を示しかつ窒素原子を有する環状骨格をもつ蛍光ユニットの窒素原子に特定の保護基を結合して消光させると、細胞外では消光している上記蛍光ユニットが、細胞内に取り込まれるとグルタチオンや酵素といった細胞内物質の働きにより脱保護されて発光することを見出した。このような作用を利用することにより、本発明者らは、細胞外では発光しない一方で、細胞内に取り込まれると発光を示す蛍光標識分子の創製に成功した。本発明は、以上の知見に基づいて完成されたものであり、以下のようなものを提供する。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that when a specific protective group is bound to the nitrogen atom of a fluorescent unit having a cyclic skeleton that exhibits fluorescence emission and has a nitrogen atom to cause quenching, the fluorescent unit, which is quenched outside the cell, is deprotected by the action of intracellular substances such as glutathione and enzymes and emits light when taken into the cell. By utilizing such an action, the present inventors succeeded in creating a fluorescent labeling molecule that does not emit light outside the cell but emits light when taken into the cell. The present invention has been completed based on the above findings, and provides the following.
(1)本発明は、下記一般式(1)で表す化合物である。
(1) The present invention is a compound represented by the following general formula (1).
(2)また本発明は、下記一般式(4)又は(5)で表す(1)項記載の化合物である。
( 2 ) Further, the present invention is a compound according to item (1) represented by the following general formula (4) or (5).
(3)また本発明は、下記一般式(6)又は(7)で表す(1)項又は(2)項記載の化合物である。
( 3 ) Further, the present invention is a compound according to item (1) or item (2) represented by the following general formula (6) or (7).
(4)また本発明は、下記一般式(8)~(10)のいずれかで表す(1)項~(3)項のいずれか1項記載の化合物である。
( 4 ) The present invention also provides a compound according to any one of items (1) to ( 3 ) represented by any one of the following general formulas (8) to (10).
(5)また本発明は、Aがヌクレオチド鎖若しくはその類縁体又はペプチド鎖若しくはその類縁体である(1)項~(4)項のいずれか1項記載の化合物である。
( 5 ) The present invention also provides the compound according to any one of (1) to ( 4 ), wherein A is a nucleotide chain or an analogue thereof, or a peptide chain or an analogue thereof.
(6)また本発明は、下記一般式(1a)、(1b)又は(1c)で表す化合物を含む蛍光標識導入剤でもある。
(6) The present invention also provides a fluorescent label introduction agent containing a compound represented by the following general formula (1a), (1b) or (1c).
(7)また本発明は、下記一般式(4a)、(4b)、(4c)、(5a)、(5b)又は(5c)で表す(6)項記載の蛍光標識導入剤でもある。
( 7 ) The present invention also provides a fluorescent label introduction agent according to item (6) represented by the following general formulas (4a), (4b), (4c), (5a), (5b), or (5c).
(8)また本発明は、下記一般式(6a)、(6b)、(6c)、(7a)、(7b)又は(7c)で表す(6)項又は(7)項記載の蛍光標識導入剤である。
(9)また本発明は、下記一般式(8a)、(8b)、(8c)、(9a)、(9b)、(9c)、(10a)、(10b)又は(10c)で表す(6)項~(8)項のいずれか1項記載の蛍光標識導入剤である。
( 9 ) The present invention also provides a fluorescent label introduction agent according to any one of items (6) to (8) represented by the following general formulas (8a), (8b), (8c), (9a), (9b), (9c), (10a), (10b), or (10c).
(10)また本発明は、標識化する分子にアルキニル基又はアルキニレン基を導入した後、その分子に(6)項~(9)項のいずれか1項記載の化合物のうちアジド基を有する化合物を含む蛍光標識導入剤を反応させることを特徴とする蛍光標識導入方法でもある。
( 10 ) The present invention also provides a method for introducing a fluorescent label, which comprises introducing an alkynyl group or an alkynylene group into a molecule to be labeled, and then reacting the molecule with a fluorescent label introducing agent containing a compound having an azide group among the compounds according to any one of items (6) to (9) .
(11)また本発明は、標識化する分子にアジド基を導入した後、その分子に(6)項~(9)項のいずれか1項記載の化合物のうちアルキニル基又はA環を有する化合物を含む蛍光標識導入剤を反応させることを特徴とする蛍光標識導入方法でもある。 ( 11 ) The present invention also provides a method for introducing a fluorescent label, which comprises introducing an azide group into a molecule to be labeled, and then reacting the molecule with a fluorescent label introduction agent containing a compound having an alkynyl group or an A ring among the compounds according to any one of items (6) to (9) .
本発明によれば、細胞外では蛍光を示さない一方で、細胞に取り込まれると蛍光を発する蛍光標識をもつ化合物、及びそのような蛍光標識を導入するための蛍光標識導入剤が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a compound having a fluorescent label that emits fluorescence when incorporated into a cell while not exhibiting fluorescence outside the cell, and a fluorescent label introduction agent for introducing such a fluorescent label are provided.
以下、本発明の化合物の一実施形態、本発明の蛍光標識導入剤の一実施形態、及び本発明の蛍光標識導入方法の一実施態様について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態又は実施態様に限定されるものではなく、本発明の範囲において適宜変更を加えて実施することができる。 One embodiment of the compound of the present invention, one embodiment of the agent for introducing fluorescent label of the present invention, and one embodiment of the method of introducing fluorescent label of the present invention are described below. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments or modes, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the present invention.
[化合物]
本発明の化合物は、下記一般式(1)で表す化合物である。この化合物は、細胞膜を通して細胞内へとり込まれ得る生体物質又はその構造を含むAと、蛍光発光を示す蛍光ユニットFLと、FLに結合する保護基-X-CH2-Ar-Rとを備える。後述するが、Aはヌクレオチド鎖やペプチド鎖等の生体分子であり、それが蛍光ユニットFLで標識されている。しかし、FLは、保護基-X-CH2-Ar-Rの存在により蛍光が消失又は弱められている。このような構造を備えた化合物が細胞内に取り込まれると、細胞内に存在するグルタチオンや各種の酵素による作用により、保護基-X-CH2-Ar-RがFLから取り除かれ、FLが蛍光を示すようになる。本発明の化合物は、このようなメカニズムにより、細胞外に存在するときは蛍光を示さないか微弱な蛍光を示すに留まる一方で、細胞内に取り込まれると強い蛍光を示すようになる。このため、背景技術に記載したようなバックグラウンド蛍光による妨害をほぼ受けることなく、ヌクレオチド鎖やペプチド鎖であるAが細胞内にどの程度取り込まれるのかを蛍光顕微鏡で直接観察できるようになる。典型的には、Aはいわゆる核酸医薬となるユニットであり、この場合、核酸医薬がどの程度細胞内に取り込まれるかを評価することが可能になる。これにより、例えばオリゴヌクレオチドの配列や保護基を変えて、細胞に取り込まれやすい構造を見出すことが容易になる。また、そうしたオリゴヌクレオチドの細胞に取り込まれる速度、細胞内の移動を経時的に観察することも可能になると考えられる。
[Compound]
The compound of the present invention is a compound represented by the following general formula (1). This compound comprises A including a biological substance or its structure that can be taken into the cell through the cell membrane, a fluorescence unit FL that emits fluorescence, and a protective group —X—CH 2 —Ar—R that binds to FL. As will be described later, A is a biomolecule such as a nucleotide chain or peptide chain, which is labeled with a fluorescence unit FL. However, FL has quenched or attenuated fluorescence due to the presence of the protecting group —X—CH 2 —Ar—R. When a compound having such a structure is taken into cells, the protective group —X—CH 2 —Ar—R is removed from FL by the action of glutathione present in cells and various enzymes, and FL becomes fluorescent. Due to such a mechanism, the compound of the present invention exhibits no or only weak fluorescence when it exists outside the cell, but exhibits strong fluorescence when it is taken into the cell. Therefore, it is possible to directly observe with a fluorescence microscope how much A, which is a nucleotide chain or a peptide chain, is taken up into cells without being interfered with by background fluorescence as described in Background Art. Typically, A is a unit that becomes a so-called nucleic acid drug, and in this case, it becomes possible to evaluate how much the nucleic acid drug is taken up into cells. This makes it easier to find structures that are more likely to be taken up by cells, for example, by changing the sequence or protecting group of the oligonucleotide. In addition, it will be possible to observe the speed at which such oligonucleotides are taken up into cells and their intracellular migration over time.
上記一般式(1)において、Aは、細胞膜を通して細胞内に取り込まれ得る生体物質又はその誘導体の構造を含む一価の基である。典型的には、Aは、ヌクレオチド鎖やペプチド鎖であることを挙げられる。ヌクレオチド鎖は、複数のヌクレオチドが連続して結合したものであり、核酸医薬等として用いられる。ヌクレオチド鎖は、オリゴヌクレオチドとも呼ばれ、1~30程度のヌクレオチドが結合したものを挙げることができる。このヌクレオチドは、デオキシリボ核酸でもリボ核酸でもよく、天然に存在するもののみならず、天然型のヌクレオチドに化学的な修飾を加えた核酸アナログであってもよい。ペプチド鎖も、単にアミノ酸のオリゴマーであるだけでなく、化学的な修飾を加えたペプチド鎖類縁体であってもよい。 In the above general formula (1), A is a monovalent group containing the structure of a biological substance or derivative thereof that can be taken up into cells through the cell membrane. Typically, A is a nucleotide chain or peptide chain. Nucleotide chains are formed by continuously binding multiple nucleotides, and are used as nucleic acid medicines and the like. A nucleotide chain is also called an oligonucleotide, and examples include those in which about 1 to 30 nucleotides are linked. This nucleotide may be deoxyribonucleic acid or ribonucleic acid, and may be not only naturally occurring nucleotides, but also nucleic acid analogs obtained by chemically modifying naturally occurring nucleotides. Peptide chains may be not only oligomers of amino acids, but also chemically modified peptide chain analogues.
Lは、AとFLとを結合する2価の基である。生体物質又はその誘導体であるAは、例えば、ヌクレオチド鎖末端のリン酸基や、ペプチド鎖末端のアミノ基やカルボキシル基等といった官能基や、各種アミノ酸残基に由来する様々な官能基を含むので、Lは、例えばそのような官能基に対して結合したり、そのような官能基に導入されたアルキニル基やアジド基に対してクリック反応により結合したりする。Lは、AとFLを結合するものであり、その長さは短いものであっても長いものであっても構わない。Lは、Aとの結合反応で形成された残基とアルキル鎖又は(ポリ)オキシエチレン鎖のような鎖状基とを含む。例えば、クリック反応を用いてAとLとを結合させた場合、上記残基はトリアゾール環構造となる。上記アルキル基又は(ポリ)オキシエチレン鎖としては、炭素数が2~20程度のものを挙げることができる。 L is a divalent group connecting A and FL. A, which is a biological substance or a derivative thereof, includes, for example, a functional group such as a phosphate group at the end of a nucleotide chain, an amino group or a carboxyl group at the end of a peptide chain, or various functional groups derived from various amino acid residues. Therefore, L binds to such a functional group, or binds to an alkynyl group or an azide group introduced into such a functional group by a click reaction. L connects A and FL, and its length may be short or long. L includes residues formed in a coupling reaction with A and linear groups such as alkyl chains or (poly)oxyethylene chains. For example, when A and L are combined using a click reaction, the above residue becomes a triazole ring structure. Examples of the alkyl group or (poly)oxyethylene chain include those having about 2 to 20 carbon atoms.
FLは、蛍光発光を示しかつ窒素原子を有する環状骨格をもつ蛍光ユニットである。FLは、それに含まれる窒素原子に保護基-X-CH2-Ar-Rが結合したときに、蛍光が消光し又は微弱な蛍光しか示さない一方で、こうした保護基が取り除かれると本来の蛍光を示すようになる。このようなFLの好ましい例として、下記化学式(2)又は(3)で示すローダミン110又はその誘導体からなる骨格を持つものを挙げることができる。この場合、下記化学式(2)又は(3)で示すローダミン110又はその誘導体は、本発明の効果を損なわない範囲で各種の修飾を受けてもよい。 FL is a fluorescent unit that exhibits fluorescence emission and has a cyclic skeleton with a nitrogen atom. FL exhibits fluorescence quenching or only weak fluorescence when a protecting group —X—CH 2 —Ar—R is attached to the nitrogen atom contained therein, while it exhibits intrinsic fluorescence when such a protecting group is removed. Preferred examples of such FL include those having a skeleton composed of rhodamine 110 or a derivative thereof represented by the following chemical formula (2) or (3). In this case, rhodamine 110 represented by the following chemical formula (2) or (3) or a derivative thereof may be modified in various ways without impairing the effects of the present invention.
FLが上記化学式(2)で表す骨格を有する場合、上記Lは、化学式(2)に含まれるアミノ基、イミノ基及びカルボキシル基の少なくとも1つに結合し、保護基-X-CH2-Ar-Rは、化学式(2)に含まれるアミノ基及びイミノ基の少なくとも1つに結合する。また、FLが上記化学式(3)で表す骨格を有する場合、上記Lは、化学式(3)に含まれる2つのアミノ基の1つに結合し、保護基-X-CH2-Ar-Rは、残りのアミノ基に結合する。なお、化学式(2)で表されるローダミン110骨格は、そのアミノ基又はイミノ基に電子求引性の置換基が結合すると、カルボキシル基が閉環した化学式(3)の構造をとることが知られている。 When FL has a skeleton represented by the above chemical formula (2), the above L binds to at least one of an amino group, an imino group and a carboxyl group contained in the chemical formula (2), and a protecting group -X-CH 2 -Ar-R binds to at least one of the amino group and the imino group contained in the chemical formula (2). Further, when FL has a skeleton represented by the above chemical formula (3), the above L is bound to one of the two amino groups contained in the chemical formula (3), and the protecting group -X-CH 2 -Ar-R is bound to the remaining amino group. It is known that the rhodamine 110 skeleton represented by the chemical formula (2) takes the structure of the chemical formula (3) in which the carboxyl group is ring-closed when an electron-withdrawing substituent is bonded to the amino group or imino group.
上記一般式(1)中、Xは、単結合又は-C(=O)O-である。XとFLとを結合する波線は、FLに含まれる窒素原子への単結合を意味する。Arは、パラ位又はオルト位に結合を有する2価の芳香環である。パラ位に結合を有する2価の、とは、2本の結合子がそれぞれ結合する2個の炭素原子の間に2個の炭素原子が含まれているという意味であり、オルト位に結合を有する2価の、とは、2本の結合子がそれぞれ結合する2個の炭素原子が互いに隣り合っているという意味である。Arとしては、p-フェニレン基やo-フェニレン基が好ましく例示される。なお、このフェニレン基は、本発明の効果を阻害しない範囲でさらに他の置換基を有していてもよい。 In the above general formula (1), X is a single bond or -C(=O)O-. A wavy line connecting X and FL means a single bond to the nitrogen atom contained in FL. Ar is a bivalent aromatic ring having a bond at the para- or ortho-position. Bivalent with a bond at the para position means that two carbon atoms are included between two carbon atoms to which two bonds are respectively bonded, and bivalent with a bond at the ortho position means that the two carbon atoms to which the two bonds are respectively bonded are adjacent to each other. Ar is preferably exemplified by a p-phenylene group and an o-phenylene group. In addition, this phenylene group may further have other substituents within a range that does not impair the effects of the present invention.
Rは、ニトロ基又は-S-S-R1である。本発明の保護基-X-CH2-Ar-Rは、細胞内に存在するグルタチオンやニトロレダクターゼといった酵素によってこのRが作用を受けることにより脱離する。その機構を次の化学反応式で説明する。なお、下記の化学反応式に示す化合物は、説明のために示した本発明の一例である。 R is a nitro group or —S—S—R 1 . The protective group --X--CH 2 --Ar--R of the present invention is released when this R is acted upon by enzymes such as glutathione and nitroreductase present in cells. The mechanism is explained by the following chemical reaction formula. The compounds shown in the following chemical reaction formulas are examples of the present invention shown for explanation.
上記化学反応式中、GSHは、細胞内に存在するグルタチオンである。グルタチオンにより、Rに含まれるジスルフィド結合が切断されると、ローダミン110骨格から保護基-X-CH2-Ar-Rが脱離し、化合物は蛍光を発する状態になる。また、Rがニトロ基の場合には下記のような化学反応式になる。 In the above chemical reaction formula, GSH is glutathione present in cells. When the disulfide bond contained in R is cleaved by glutathione, the protective group —X—CH 2 —Ar—R is removed from the rhodamine 110 skeleton, and the compound becomes fluorescent. Further, when R is a nitro group, the chemical reaction formula is as follows.
Rがニトロ基の場合には、細胞内に存在するニトロレダクターゼ及びNADHによりニトロ基がアミノ基に還元され、これに伴って保護基-X-CH2-Ar-Rが脱離し、化合物は蛍光を発する状態になる。 When R is a nitro group, the nitro group is reduced to an amino group by intracellular nitroreductase and NADH, and the protective group --X-- CH.sub.2 --Ar--R is removed, and the compound becomes fluorescent.
なお、上記の例では、細胞内に存在するグルタチオンやニトロレダクターゼにより保護基-X-CH2-Ar-Rが脱離する態様を示したが、エステル結合により保護基を蛍光ユニットへ結合し、これを細胞内に存在するエステラーゼにより取り除く方法を採用してもよい。 In the above example, the protecting group —X—CH 2 —Ar—R is detached by glutathione or nitroreductase present in the cell, but a method of attaching the protecting group to the fluorescent unit via an ester bond and removing it by an esterase present in the cell may also be employed.
R1は、一価の基である。このような一価の基としては、炭素数1~10のアルキル基が好ましく例示される。これらのアルキル基の中でも、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基が好ましく挙げられる。 R 1 is a monovalent group. Preferred examples of such monovalent groups include alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms. Among these alkyl groups, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group and tert-butyl group are preferred.
上記一般式(1)において、nは、1~3の整数である。nは、本発明の化合物に導入される保護基-X-CH2-Ar-Rの数であり、1、2及び3のいずれの数であってもよい。これらの中でも、nは、1又は2であることが好ましい。 In the above general formula (1), n is an integer of 1-3. n is the number of protecting groups —X—CH 2 —Ar—R introduced into the compound of the present invention, and may be any number of 1, 2 and 3; Among these, n is preferably 1 or 2.
本発明の化合物として、より具体的には下記一般式(4)又は(5)で表すものを好ましく挙げることができる。 More specifically, the compound of the present invention is preferably represented by the following general formula (4) or (5).
上記一般式(4)及び(5)において、A、L、X、Ar及びRは、上記一般式(1)におけるものと同様である。 In general formulas (4) and (5) above, A, L, X, Ar and R are the same as in general formula (1) above.
より具体的には、本発明の化合物として下記一般式(6)及び(7)で表すものを好ましく挙げることができる。 More specifically, compounds represented by the following general formulas (6) and (7) are preferred as the compounds of the present invention.
上記一般式(6)及び(7)は、上記一般式(4)及び(5)においてArをp-フェニレン基に特定したものである。上記一般式(6)及び(7)において、A、L、X及びRは、上記一般式(1)におけるものと同様である。 The above general formulas (6) and (7) are obtained by specifying Ar in the above general formulas (4) and (5) as a p-phenylene group. In general formulas (6) and (7) above, A, L, X and R are the same as in general formula (1) above.
より具体的には、本発明の化合物として下記一般式(8)~(10)で表すものを好ましく挙げることができる。 More specifically, compounds represented by the following general formulas (8) to (10) are preferred as the compounds of the present invention.
上記一般式(8)及び(9)において、A、L、R1は、上記一般式(1)におけるものと同様である。また、上記一般式(10)において、A及びLは、上記一般式(1)におけるものと同様である。 In general formulas (8) and (9) above, A, L, and R1 are the same as in general formula (1) above. In general formula (10) above, A and L are the same as in general formula (1) above.
さらに具体的に本発明の化合物を説明するための一例として、ヌクレオチド鎖の5’末端を蛍光標識した化合物を下記化学式(11)及び(12)に示す。なお、下記化学式(11)及び(12)の化合物は本発明の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。 As an example for more specifically explaining the compound of the present invention, the compound in which the 5' end of the nucleotide chain is fluorescently labeled is shown by the following chemical formulas (11) and (12). The compounds represented by chemical formulas (11) and (12) below are examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
上記化学式(11)及び(12)において、一般式(1)における-L-FL-(X-CH2-Ar)nに相当する部分が、5’末端のリン酸基の酸素原子に結合したアルキレン鎖から左側の部分になる。そして、5’末端のリン酸基に結合した波線は、それ以降がヌクレオチド鎖であることを示す。この5’末端のリン酸基からヌクレオチド鎖に至る部分が、上記一般式(1)におけるAに相当する。こうした分子は、例えば、下記化学反応式のように、アルキニル基を有するホスホロアミダイト(14)を合成した後に、DNA自動合成機を使用してヌクレオチド鎖の末端にアルキニル基を導入し、その後、これを下記化学式(13)に示すアジド化合物とクリック反応により結合することで得られる。なお、下記化学反応式で示すDIPEAは、N,N-ジイソプロピルエチルアミンである。また、クリック反応は、アジド化合物とアルキニル化合物とをCu(I)化合物の存在下でカップリングさせる反応である。この反応によれば、上記化学式(12)に示す化合物のように、カップリング箇所にトリアゾール環が形成される。 In the above chemical formulas (11) and (12), the portion corresponding to -L-FL-(X-CH 2 -Ar) n in general formula (1) is the portion on the left side of the alkylene chain bonded to the oxygen atom of the 5' terminal phosphate group. A wavy line attached to the phosphate group at the 5' end indicates that the following is a nucleotide chain. The portion extending from the 5' terminal phosphate group to the nucleotide chain corresponds to A in the general formula (1). Such a molecule can be obtained, for example, by synthesizing a phosphoramidite (14) having an alkynyl group as shown in the following chemical reaction formula, then introducing an alkynyl group to the end of a nucleotide chain using an automatic DNA synthesizer, and then combining it with an azide compound shown in the following chemical formula (13) by a click reaction. DIPEA shown in the following chemical reaction formula is N,N-diisopropylethylamine. A click reaction is a reaction in which an azide compound and an alkynyl compound are coupled in the presence of a Cu(I) compound. According to this reaction, a triazole ring is formed at the coupling site, as in the compound represented by the above chemical formula (12).
また、上記化合物(14)に代えて下記化学式(14c)で表す、環内に三重結合を持ち歪んだ環構造を有するホスホロアミダイトを用いて上記化学式(13)で表すアジド化合物とクリック反応を行ってもよい。下記化学式(14c)で表す化合物のように歪んだ環構造を有する化合物とアジド基を有する化合物とをクリック反応によりカップリングさせる場合、触媒であるCu(I)化合物が存在しなくてもカップリングを進行させることができる。なお、下記化学式(14c)で表す化合物としては、例えばGLEN RESERCH社から市販されているものを用いることができる。また、こうした歪んだ環構造としては、他に例えば下記化学式(A)で表すものを挙げることができる。 Further, a click reaction may be performed with the azide compound represented by the above chemical formula (13) using a phosphoramidite having a triple bond in the ring and a distorted ring structure represented by the following chemical formula (14c) instead of the above compound (14). When a compound having a distorted ring structure such as the compound represented by the following chemical formula (14c) and a compound having an azide group are coupled by a click reaction, the coupling can proceed without the presence of a Cu(I) compound as a catalyst. As the compound represented by the following chemical formula (14c), for example, one commercially available from GLEN RESERCH can be used. In addition, as such a distorted ring structure, for example, one represented by the following chemical formula (A) can be mentioned.
次に、化合物(13)のようなアジド化合物を得るための合成スキームの一例を下記に示す。 Next, an example of a synthetic scheme for obtaining an azide compound such as compound (13) is shown below.
[蛍光標識導入剤]
下記一般式(1a)又は(1b)で表す化合物を含む蛍光標識導入剤もまた本発明の一つである。この蛍光標識導入剤は、アジド基又はアルキニル基を持ち、それぞれアルキニル基又はアジド基を持つ化合物とCu(I)化合物の存在下でクリック反応を生じてカップリングする。このため、例えばアルキニル基やアジド基を持つヌクレオチド鎖やペプチド鎖に対して、上記本発明の化合物における蛍光標識を導入するのに用いることができる。すなわち、本発明の蛍光標識導入剤は、上記本発明の化合物を合成するのに用いることができる。なお、下記一般式(1a)で表す蛍光標識導入剤は、アルキニル基を有する化合物に蛍光標識を導入するのに用いられ、下記一般式(1b)又は(1c)で表す蛍光標識導入剤は、アジド基を有する化合物に蛍光標識を導入するのに用いられる。特に、化学式(1c)で示すものは、三重結合の存在によりA環が歪んでおり、Cu(I)化合物の存在がなくともアジド基を有する化合物とクリック反応を生じてこれに蛍光標識を導入させる。この蛍光標識を導入された化合物が、細胞外の例えば培養液中等で蛍光を示さないか、微弱な蛍光しか示さない一方で、細胞内に入ると保護基-X-CH2-Ar-Rが脱離して蛍光を示すようになる点は、上記本発明の化合物で既に説明した通りである。
[Fluorescent label introduction agent]
A fluorescent label-introducing agent containing a compound represented by the following general formula (1a) or (1b) is also one aspect of the present invention. This fluorescent label-introducing agent has an azide group or an alkynyl group, and is coupled with a compound having an alkynyl group or an azide group, respectively, in the presence of a Cu(I) compound by causing a click reaction. Therefore, it can be used, for example, to introduce a fluorescent label in the compound of the present invention into a nucleotide chain or peptide chain having an alkynyl group or an azide group. That is, the fluorescent label-introducing agent of the present invention can be used to synthesize the compound of the present invention. The fluorescent label-introducing agent represented by the following general formula (1a) is used to introduce a fluorescent label into a compound having an alkynyl group, and the fluorescent label-introducing agent represented by the following general formula (1b) or (1c) is used to introduce a fluorescent label into a compound having an azide group. In particular, in the compound represented by the chemical formula (1c), the A ring is distorted due to the presence of a triple bond, and a click reaction occurs with a compound having an azide group even in the absence of a Cu(I) compound to introduce a fluorescent label. A compound into which this fluorescent label has been introduced exhibits no or only weak fluorescence outside the cell, for example, in a culture medium, but once inside the cell, the protective group —X—CH 2 —Ar—R is eliminated and fluorescence is exhibited, as already explained in the compound of the present invention.
上記一般式(1a)、(1b)及び(1c)中、FLは、蛍光発光を示しかつ窒素原子を有する環状骨格をもつ蛍光ユニットである。FLは、それに含まれる窒素原子に保護基-X-CH2-Ar-Rが結合したときに、蛍光が消光し又は微弱な蛍光しか示さない一方で、こうした保護基が取り除かれると本来の蛍光を示すようになる。このようなFLの好ましい例として、下記化学式(2)又は(3)で示すローダミン110又はその誘導体からなる骨格を持つものを挙げることができる。この場合、下記化学式(2)又は(3)で示すローダミン110又はその誘導体は、本発明の効果を損なわない範囲で各種の修飾を受けてもよい。 In the general formulas (1a), (1b) and (1c) above, FL is a fluorescent unit that emits fluorescent light and has a cyclic skeleton containing nitrogen atoms. FL exhibits fluorescence quenching or only weak fluorescence when a protecting group —X—CH 2 —Ar—R is attached to the nitrogen atom contained therein, while it exhibits intrinsic fluorescence when such a protecting group is removed. Preferred examples of such FL include those having a skeleton composed of rhodamine 110 or a derivative thereof represented by the following chemical formula (2) or (3). In this case, rhodamine 110 represented by the following chemical formula (2) or (3) or a derivative thereof may be modified in various ways without impairing the effects of the present invention.
FLが上記化学式(2)で表す骨格を有する場合、上記Lは、化学式(2)に含まれるアミノ基、イミノ基及びカルボキシル基の少なくとも1つに結合し、保護基-X-CH2-Ar-Rは、化学式(2)に含まれるアミノ基及びイミノ基の少なくとも1つに結合する。また、FLが上記化学式(3)で表す骨格を有する場合、上記Lは、化学式(3)に含まれる2つのアミノ基の1つに結合し、保護基-X-CH2-Ar-Rは、残りのアミノ基に結合する。 When FL has a skeleton represented by the above chemical formula (2), the above L binds to at least one of an amino group, an imino group and a carboxyl group contained in the chemical formula (2), and a protecting group -X-CH 2 -Ar-R binds to at least one of the amino group and the imino group contained in the chemical formula (2). Further, when FL has a skeleton represented by the above chemical formula (3), the above L is bound to one of the two amino groups contained in the chemical formula (3), and the protecting group -X-CH 2 -Ar-R is bound to the remaining amino group.
上記一般式(1a)、(1b)及び(1c)中、Xは、単結合又は-C(=O)O-である。XとFLとを結合する波線は、FLに含まれる窒素原子への単結合を意味する。Arは、パラ位又はオルト位に結合を有する2価の芳香環である。「パラ位又はオルト位に結合を有する2価の」の用語については、上記本発明の化合物にて既に説明した通りである。Arとしては、p-フェニレン基やo-フェニレン基が好ましく例示される。なお、このフェニレン基は、本発明の効果を阻害しない範囲でさらに他の置換基を有していてもよい。 In the above general formulas (1a), (1b) and (1c), X is a single bond or -C(=O)O-. A wavy line connecting X and FL means a single bond to the nitrogen atom contained in FL. Ar is a bivalent aromatic ring having a bond at the para- or ortho-position. The term "bivalent having a bond at the para- or ortho-position" has already been explained for the compound of the present invention. Ar is preferably exemplified by a p-phenylene group and an o-phenylene group. In addition, this phenylene group may further have other substituents within a range that does not impair the effects of the present invention.
Rは、ニトロ基又は-S-S-R1である。本発明の保護基-X-CH2-Ar-Rは、細胞内に存在するグルタチオンやニトロレダクターゼといった酵素によってこのRが作用を受けることにより脱離する。その反応機構については、上記本発明の化合物にて既に説明した通りである。また、本発明の蛍光標識導入剤において、エステル結合により保護基を蛍光ユニットへ結合してもよい。この場合、蛍光標識を導入された化合物は、細胞内に存在するエステラーゼにより保護基-X-CH2-Ar-Rが脱離することになる。 R is a nitro group or —S—S—R 1 . The protective group --X--CH 2 --Ar--R of the present invention is released when this R is acted upon by enzymes such as glutathione and nitroreductase present in cells. The reaction mechanism is as already explained for the compound of the present invention. In addition, in the fluorescent label-introducing agent of the present invention, a protective group may be bound to the fluorescent unit via an ester bond. In this case, the protective group --X-- CH.sub.2 --Ar--R is removed from the compound into which the fluorescent label has been introduced by esterase present in the cell.
R1は、一価の基である。このような一価の基としては、炭素数1~10のアルキル基が好ましく例示される。これらのアルキル基の中でも、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基が好ましく挙げられる。 R 1 is a monovalent group. Preferred examples of such monovalent groups include alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms. Among these alkyl groups, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group and tert-butyl group are preferred.
上記一般式(1a)、(1b)及び(1c)において、nは、1~3の整数である。nは、本発明の化合物に導入される保護基-X-CH2-Ar-Rの数であり、1、2及び3のいずれの数であってもよい。これらの中でも、nは、1又は2であることが好ましい。 In the above general formulas (1a), (1b) and (1c), n is an integer of 1-3. n is the number of protecting groups —X—CH 2 —Ar—R introduced into the compound of the present invention, and may be any number of 1, 2 and 3; Among these, n is preferably 1 or 2.
上記一般式(1c)において、A環は、単環でも複数の環が縮合した構造でもよい三重結合を備えた環構造であり、A環が複数の環の縮合した構造の場合、LからA環への単結合は縮合しているどの環へ結合してもよい。三重結合の存在によりA環は歪んでおり、アジド基を持つ化合物に対するクリック反応の活性が高い。このため、化合物(1c)を用いた場合、通常のクリック反応で触媒として必要なCu(I)化合物が不要になる。A環の構造としては、下記化学式に例示するような、8員環構造又はそれが他の環と縮合した構造を好ましく挙げることができる。 In the above general formula (1c), the A ring is a ring structure having a triple bond, which may be a single ring or a structure in which multiple rings are condensed, and when the A ring is a structure in which a plurality of rings are condensed, the single bond from L to the A ring may be bonded to any condensed ring. Due to the presence of the triple bond, the A ring is distorted, and click reaction activity is high for compounds having an azide group. Therefore, when the compound (1c) is used, the Cu(I) compound required as a catalyst in a normal click reaction becomes unnecessary. As the structure of the A ring, an 8-membered ring structure or a structure in which it is fused with another ring, as exemplified in the following chemical formulas, can be preferably mentioned.
本発明の蛍光標識導入剤として、より具体的には下記一般式(4a)、(4b)、(4c)、(5a)、(5b)又は(5c)で表すものを好ましく挙げることができる。なお、一般式(4a)で表す蛍光標識導入剤は、アルキニル基を有する化合物に蛍光標識を行って、上記一般式(4)で表す化合物を与える。また、一般式(4b)又は(4c)で表す蛍光標識導入剤は、アジド基を有する化合物に蛍光標識を行って、上記一般式(4)で表す化合物を与える。このような法則は、他の一般式番号(5a、5b、5c、6a、6b、6c等)の付された蛍光標識導入剤についても同様である。 More specifically, the fluorescent label-introducing agent of the present invention preferably includes those represented by the following general formulas (4a), (4b), (4c), (5a), (5b) and (5c). The fluorescent label-introducing agent represented by general formula (4a) performs fluorescent labeling on a compound having an alkynyl group to give the compound represented by general formula (4). The fluorescent label-introducing agent represented by general formula (4b) or (4c) performs fluorescent labeling on a compound having an azide group to give the compound represented by general formula (4). Such a rule is the same for fluorescent label introduction agents with other general formula numbers (5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c, etc.).
上記一般式(4a)、(4b)、(5a)及び(5b)中、L、X、Ar及びRは、前記一般式(1a)におけるものと同様である。上記一般式(4c)及び(5c)中、A環、L、X、Ar及びRは、上記一般式(1c)におけるものと同じである。 In general formulas (4a), (4b), (5a) and (5b), L, X, Ar and R are the same as in general formula (1a). In general formulas (4c) and (5c) above, ring A, L, X, Ar and R are the same as in general formula (1c) above.
より具体的には、本発明の蛍光標識導入剤として下記一般式(6a)、(6b)、(6c)、(7a)、(7b)又は(7c)で表すものを好ましく挙げることができる。 More specifically, the fluorescent label-introducing agent of the present invention is preferably represented by the following general formulas (6a), (6b), (6c), (7a), (7b) or (7c).
上記一般式(6a)、(6b)、(6c)、(7a)、(7b)及び(7c)は、上記一般式(4a)、(4b)、(4c)、(5a)、(5b)及び(5c)においてArをp-フェニレン基に特定したものである。上記一般式(6a)、(6b)、(7a)及び(7b)において、L、X、Ar及びRは、上記一般式(1a)におけるものと同様である。上記一般式(6c)及び(7c)中、A環、L、X及びRは、前記一般式(1c)におけるものと同様である。 General formulas (6a), (6b), (6c), (7a), (7b) and (7c) are those in which Ar in general formulas (4a), (4b), (4c), (5a), (5b) and (5c) is specified as a p-phenylene group. In general formulas (6a), (6b), (7a) and (7b) above, L, X, Ar and R are the same as in general formula (1a) above. In general formulas (6c) and (7c) above, ring A, L, X and R are the same as in general formula (1c) above.
より具体的には、本発明の蛍光標識導入剤として下記一般式(8a)、(8b)、(8c)、(9a)、(9b)、(9c)、(10a)、(10b)又は(10c)で表すものを好ましく挙げることができる。 More specifically, the fluorescent label-introducing agent of the present invention is preferably represented by the following general formulas (8a), (8b), (8c), (9a), (9b), (9c), (10a), (10b) or (10c).
上記一般式(8a)、(8b)、(9a)及び(9b)において、L及びR1は、上記一般式(1a)におけるものと同様である。上記一般式(10a)及び(10b)において、Lは、上記一般式(1a)におけるものと同様である。上記一般式(8c)及び(9c)において、A環、L及びR1は、上記一般式(1c)におけるものと同様である。上記一般式(10c)において、A環及びLは、前記一般式(1c)におけるものと同様である。 In general formulas (8a), (8b), (9a) and (9b), L and R 1 are the same as in general formula (1a). In general formulas (10a) and (10b) above, L is the same as in general formula (1a) above. In general formulas (8c) and (9c) above, ring A, L and R 1 are the same as in general formula (1c) above. In general formula (10c) above, ring A and L are the same as in general formula (1c) above.
本発明の蛍光標識導入剤を得るための合成スキームは、上記本発明の化合物の説明にて既に例示したとおりである。なお、上記例示は、アジド基を有するものだが、アルキニル基を有するものについても通常の有機合成手法にて合成することが可能である。 The synthetic scheme for obtaining the fluorescent label-introducing agent of the present invention is as already exemplified in the explanation of the compound of the present invention. Although the above examples have an azide group, those having an alkynyl group can also be synthesized by ordinary organic synthesis techniques.
[蛍光標識導入方法]
標識化する分子にアルキニル基又はアルキニレン基を導入した後、その分子に上記アジド基を有する蛍光標識導入剤を反応させることを特徴とする蛍光標識導入方法、及び標識化する分子にアジド基を導入した後、その分子に上記アルキニル基又はA環を有する蛍光標識導入剤を反応させることを特徴とする蛍光標識導入方法もまた本発明の一つである。これについては既に説明した通りなので、ここでの説明を省略する。なお、ヌクレオチド鎖にアルキニレン基を導入する場合、DNA自動合成機でヌクレオチド鎖を合成する際に、既に説明した下記化学式(14c)等で表される市販のホスホロアミダイトを用いてオリゴヌクレオチド鎖の5’末端部等にアルキニレン基を導入すればよい。化学式(14c)においてアルキニレン基を有する環状構造は、下記化学式(A)で表すものに置き換えることもできる。これらアルキニレン基を有する環状構造は歪んでおり、アジド基を有する化合物に対してCu(I)化合物からなる触媒無しにクリック反応を生じることができる。こうしたアルキニレン基を有する環状構造としては、8員環を好ましく例示できる。
[Method of introducing fluorescent label]
A method for introducing a fluorescent label, which comprises introducing an alkynyl group or an alkynylene group into a molecule to be labeled, and then reacting the molecule with the above-mentioned fluorescent label-introducing agent having an azide group, and a method for introducing a fluorescent label, comprising introducing an azide group into the molecule to be labeled, and then reacting the molecule with the above-mentioned fluorescent label-introducing agent having an alkynyl group or an A ring. Since this has already been explained, the explanation here is omitted. In the case of introducing an alkynylene group into a nucleotide chain, an alkynylene group may be introduced into the 5' end of the oligonucleotide chain using a commercially available phosphoramidite represented by the already explained chemical formula (14c) or the like when synthesizing the nucleotide chain with an automatic DNA synthesizer. The cyclic structure having an alkynylene group in chemical formula (14c) can also be replaced with one represented by chemical formula (A) below. These alkynylene group-containing cyclic structures are distorted and can cause a click reaction without a catalyst comprising a Cu(I) compound with respect to compounds having an azide group. As a cyclic structure having such an alkynylene group, an 8-membered ring can be preferably exemplified.
以下、実施例を示すことにより本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。なお、下記の合成例における化合物番号は、上記合成スキームにて化学式に付した番号に対応する。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail by showing examples, but the present invention is not limited to the following examples. The compound numbers in the synthesis examples below correspond to the numbers attached to the chemical formulas in the above synthesis schemes.
・(4-メルカプトフェニル)メタノールの合成
1H-NMR(600MHz、DMSO-d6) δ(ppm):7.23-7.17(4H,m,H-arom),5.29(1H,s,SH),5.12-5.11(1H,t,J=5.7Hz,OH),4.41-4.40(2H,t,J=5.5Hz,CH2)
・Synthesis of (4-mercaptophenyl)methanol
1 H-NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ) δ (ppm): 7.23-7.17 (4H, m, H-arom), 5.29 (1H, s, SH), 5.12-5.11 (1H, t, J=5.7 Hz, OH), 4.41-4.40 (2H, t, J=5.5 Hz, CH 2 )
・2-(イソプロピルジスルファニル)ピリジンの合成
1H-NMR(600MHz、DMSO-d6) δ(ppm):8.45-8.44(1H,m,H-a),7.77-7.75(1H,m,H-c),7.65-7.61(1H,m,H-d),7.08-7.05(1H,m,H-b),3.18-3.10(1H,m,iPr-CH),1.34-1.32(6H,d,J=6.9Hz,iPr-CH3)
・Synthesis of 2-(isopropyldisulfanyl)pyridine
1 H-NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ) δ (ppm): 8.45-8.44 (1H, m, H-a), 7.77-7.75 (1H, m, H-c), 7.65-7.61 (1H, m, H-d), 7.08-7.05 (1H, m, H-b), 3.18-3.10 (1H, m, iPr-CH), 1.34-1.32 (6H, d, J = 6.9 Hz, iPr-CH 3 )
・(4-(イソプロピルジスルファニル)フェニル)メタノールの合成
1H-NMR(600MHz、CDCl3) δ(ppm):7.54-7.53(2H,d,J=8.2Hz,H-c),7.32-7.30(2H,d,J=8.6Hz,H-b),4.67(2H,s,H-a),3.08-3.04(1H,m,iPr-CH),1.30(6H,d,J=6.5,iPr-CH3)
Synthesis of (4-(isopropyldisulfanyl)phenyl)methanol
1 H-NMR (600 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 7.54-7.53 (2H, d, J=8.2 Hz, Hc), 7.32-7.30 (2H, d, J=8.6 Hz, Hb), 4.67 (2H, s, Ha), 3.08-3.04 (1H, m, iPr-CH), 1.30 (6H, d, J = 6.5, iPr- CH3 )
・1-(4-(クロロメチル)フェニル)-2-イソプロピルジスルファンの合成
1H-NMR(600MHz、CDCl3) δ(ppm):7.52-7.51(2H,d,J=8.6Hz,H-c),7.32-7.31(2H,d,J=8.2Hz,H-b),4.55(2H,s,H-a),3.09-3.02(1H,m,iPr-CH),1.29(6H,d,J-6.5Hz,iPr-CH3)
・Synthesis of 1-(4-(chloromethyl)phenyl)-2-isopropyldisulfane
1 H-NMR (600 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 7.52-7.51 (2H, d, J=8.6 Hz, Hc), 7.32-7.31 (2H, d, J=8.2 Hz, Hb), 4.55 (2H, s, Ha), 3.09-3.02 (1H, m, iPr-CH), 1.29 (6H, d, J-6.5Hz, iPr- CH3 )
・化合物15の合成
1H-NMR(600MHz、CDCl3) δ(ppm):8.23-8.21(2H,m,H-arom),8.02-8.00(1H,m,H-b),7.67-6.66(11H,m,H-arom,H-a),1.52(9H,s,Boc-CH3)
・Synthesis of compound 15
1 H-NMR (600 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 8.23-8.21 (2H, m, H-arom), 8.02-8.00 (1H, m, H-b), 7.67-6.66 (11H, m, H-arom, Ha), 1.52 (9H, s, Boc-CH 3 )
・化合物16の合成
1H-NMR(600MHz、CDCl3) δ(ppm):8.00(1H,d,J=7.9Hz,H-c),7.66-6.66(15H,m,Rh-Bn,H-b),5.17(2H,s,H-a),3.09-3.02(1H,m,iPr-CH),1.52(9H,s,Boc-CH3),1.29(6H,d,J=6.9Hz,iPr-CH3)
・Synthesis of compound 16
1 H-NMR (600 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 8.00 (1H, d, J=7.9 Hz, Hc), 7.66-6.66 (15H, m, Rh-Bn, H-b), 5.17 (2H, s, Ha), 3.09-3.02 (1H, m, iPr-CH), 1.52 (9H, s , Boc-CH 3 ), 1.29 (6H, d, J=6.9 Hz, iPr-CH 3 )
・化合物17の合成
・化合物13の合成
1H-NMR(600MHz、CDCl3) δ(ppm):8.93(1H,s,H-i),8.03-6.72(15H,s,H-h,Rh-Bn,Bn’),5.18(2H,s,H-j),4.13(2H,s,H-g),3.78-3.63(10H,m,H-b,c,d,e,f),3.33(2H,m,H-a),3.08-3.04(1H,m,iPr-CH),1.30(6H,d,iPr-CH3)
・Synthesis of compound 13
1 H-NMR (600 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 8.93 (1H, s, Hi), 8.03-6.72 (15H, s, H-h, Rh-Bn, Bn'), 5.18 (2H, s, H-j), 4.13 (2H, s, H-g), 3.78-3.63 (10H, m, H-b , c, d, e, f), 3.33 (2H, m, Ha), 3.08-3.04 (1H, m, iPr-CH), 1.30 (6H, d, iPr-CH 3 )
・化合物18の合成
1H-NMR(600MHz、CDCl3) δ(ppm):8.93(1H,s,H-i),8.02(1H,d,J=7.6Hz,H-j),7.69-6.65(10H,m,H-arom),4.13(2H,m,H-g),3.69(8H,m,H-c~f)、3.34(2H,t、J=5.0Hz,H-b)、1.52(9H,s,Boc-CH3)、1.26(2H,t,J=7.0Hz,H-a)
・Synthesis of compound 18
1 H-NMR (600 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 8.93 (1H, s, Hi), 8.02 (1H, d, J=7.6 Hz, Hj), 7.69-6.65 (10H, m, H-arom), 4.13 (2H, m, H-g), 3.69 (8H, m, Hc-f), 3.3 4 (2H, t, J = 5.0 Hz, Hb), 1.52 (9H, s, Boc-CH 3 ), 1.26 (2H, t, J = 7.0 Hz, Ha)
・化合物19の合成
1H-NMR(600MHz、CDCl3) δ(ppm):8.40-6.56(10H,m,Rh-Bn),4.11(2H,d,H-g),3.75-3.62(10H,m,H-a,c,d,e,f),3.31(2H,t,J=5.0Hz,H-b)
・Synthesis of compound 19
1 H-NMR (600 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 8.40-6.56 (10H, m, Rh-Bn), 4.11 (2H, d, H-g), 3.75-3.62 (10H, m, Ha, c, d, e, f), 3.31 (2H, t, J = 5.0 Hz, H-b)
・化合物20の合成
1H-NMR(600MHz、CDCl3) δ(ppm):8.87(1H,s,H-h),7.98-6.40(6H,m,H-arom),4.61(4H,s,H-i),4.11(2H,s,H-g),3.65(12H,m,H-a,c~f),3.26(2H,s,H-b),3.05(2H,d,J=6.9Hz,iPr-CH),1.29(12H,s,iPr-CH3)
・Synthesis of
1 H-NMR (600 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 8.87 (1H, s, Hh), 7.98-6.40 (6H, m, H-arom), 4.61 (4H, s, Hi), 4.11 (2H, s, H-g), 3.65 (12H, m, Ha, cf), 3.26 (2H, s, Hb), 3.05 (2H, d, J = 6.9 Hz, iPr-CH), 1.29 (12H, s, iPr-CH 3 )
・化合物21の合成
1H-NMR(600MHz、CDCl3) δ(ppm):8.22(2H,d,J=10.0Hz,H-a,b),8.02-6.66(14H,m,Rh-Bn,Bn’),5.29(2H,s,CH2),1.52(9H,s,Boc-CH3)
・Synthesis of compound 21
1 H-NMR (600 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 8.22 (2H, d, J=10.0 Hz, Ha, b), 8.02-6.66 (14H, m, Rh-Bn, Bn'), 5.29 (2H, s, CH 2 ), 1.52 (9H, s, Boc-CH 3 )
・化合物14の合成
1H-NMR(600MHz、CDCl3) δ(ppm):4.05(1H,m,-C≡CH),3.82-3.70(2H,m,H-f),3.66-3.49(4H,m,H-d,e),2.58(2H,t,J=6.6Hz,iPr-CH),2.16(2H,m,H-a),1.77-1.52(4H,m,H-b,c),1.18(2H,m,iPr-CH),1.12(12H,m,iPr-CH3)
31P-NMR(243MHz、CDCl3) δ(ppm):148.01
・Synthesis of compound 14
1 H-NMR (600 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 4.05 (1H, m, -C≡CH), 3.82-3.70 (2H, m, H-f), 3.66-3.49 (4H, m, H-d, e), 2.58 (2H, t, J = 6.6 Hz, iPr-CH), 2.16 (2H, m, H-a ), 1.77-1.52 (4H, m, Hb, c), 1.18 (2H, m, iPr-CH), 1.12 (12H, m, iPr-CH 3 )
31 P-NMR (243 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 148.01
・化合物22の合成
1H-NMR(600MHz、DMSO-d6) δ(ppm):11.32(1H,s,NH),7.491-7.490(1H,d,J=0.6Hz,H-6),7.38-6.86(13H,m,DMTr-arom),6.20-6.18(1H,t,J=6.0Hz,H-1’),5.31-5.30(1H,d,J=6.0Hz,OH-3’),4.32-4.29(1H,m,H-4’),3.87-3.86(1H,q,J=2.0Hz,H-3’),3.72(6H,s,OCH3-DMTr),3.21-3.14(2H,m,H-5’),2.25-2.11(2H,m,H-2’),1.429-1.428(3H,d,J=0.6Hz,CH3-5)
・Synthesis of compound 22
1 H-NMR(600MHz、DMSO-d 6 ) δ(ppm):11.32(1H,s,NH),7.491-7.490(1H,d,J=0.6Hz,H-6),7.38-6.86(13H,m,DMTr-arom),6.20-6.18(1H,t,J=6.0Hz,H-1'),5.31-5.30(1H,d,J=6.0Hz,OH-3'),4.32-4.29(1H,m,H-4'),3.87-3.86(1H,q,J=2.0Hz,H-3'),3.72(6H,s,OCH 3 -DMTr),3.21-3.14(2H,m,H-5'),2.25-2.11(2H,m,H-2'),1.429-1.428(3H,d,J=0.6Hz,CH 3 -5)
・化合物23の合成
1H-NMR(600MHz、CDCl3) δ(ppm):8.23(1H、s、NH),7.66(1H,d、J=1.1Hz,H-6),7.41-6.81(13H,m、DMTr-arom)、6.44(1H,m,H-1’),4.53(1H,m,OH-3’),4.24(1H,m,H-4’),3.79(6H,s,J=2.0Hz,H-5’,5”,N-CH(i-Pr)2),3.59-3.42(6H,m,OCH3-DMTr),2.53(1H,m,H-5’),2.32-2.26(1H,m,H-2’),1.29(3H,d,J=0.6Hz,5-CH3),1.11(24H,m,iPr-CH3)
31P-NMR(243MHz、CDCl3) δ(ppm):116.60
・Synthesis of compound 23
1 H-NMR(600MHz、CDCl 3 ) δ(ppm):8.23(1H、s、NH),7.66(1H,d、J=1.1Hz,H-6),7.41-6.81(13H,m、DMTr-arom)、6.44(1H,m,H-1'),4.53(1H,m,OH-3'),4.24(1H,m,H-4'),3.79(6H,s,J=2.0Hz,H-5',5”,N-CH(i-Pr) 2 ),3.59-3.42(6H,m,OCH 3 -DMTr),2.53(1H,m,H-5'),2.32-2.26(1H,m,H-2'),1.29(3H,d,J=0.6Hz,5-CH 3 ),1.11(24H,m,iPr-CH 3 )
31 P-NMR (243 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 116.60
・化合物24の合成
1H-NMR(600MHz、CDCl3) δ(ppm):7.64(1H,s,NH),7.40(1H,s,H-6),7.29-7.11(18H,m,DMTr-arom,Ph-H),6.43(1H.m,H-1’),4.66(1H,d,H-4’),3.78-3.75(6H,d,DMTr-OMe),3.60-3.47(6H,m,H-5’,5”,N-CH(i-Pr)2),2.71-2.58(2H,m,Ph-[CH2]-CH2),2.30(2H,m,Ph-CH2-[CH2]),1.92-1.79(2H,m,H-2’,2”),1.40(3H,s,5-CH3),1.17-1.14(12H,m,iPr-CH3)
31P-NMR(243MHz、CDCl3) δ(ppm):147.67
・Synthesis of compound 24
1 H-NMR(600MHz、CDCl 3 ) δ(ppm):7.64(1H,s,NH),7.40(1H,s,H-6),7.29-7.11(18H,m,DMTr-arom,Ph-H),6.43(1H.m,H-1'),4.66(1H,d,H-4'),3.78-3.75(6H,d,DMTr-OMe),3.60-3.47(6H,m,H-5',5”,N-CH(i-Pr) 2 ),2.71-2.58(2H,m,Ph-[CH 2 ]-CH 2 ),2.30(2H,m,Ph-CH 2 -[CH 2 ]),1.92-1.79(2H,m,H-2',2”),1.40(3H,s,5-CH 3 ),1.17-1.14(12H,m,iPr-CH 3 )
31 P-NMR (243 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 147.67
[脱保護に伴う蛍光変化の評価]
本発明の化合物における蛍光標識部分にて保護基が脱離することに伴う蛍光の変化を評価した。評価に用いた化合物は、化合物13、化合物20及び化合物21である。いずれの化合物も一般式(1)におけるAを持たず蛍光標識部分のみとなるが、保護基の脱離に伴う蛍光変化を評価することは可能である。化合物13は、ジスルフィド結合を有し、グルタチオンにより脱離するカルバメート構造を有する保護基をもつ。化合物20は、ジスルフィド結合を有し、グルタチオンにより脱離する非カルバメート構造の保護基をもつ。化合物21は、ニトロフェニル基をもち、ニトロレダクターゼにより脱離する保護基をもつ。
[Evaluation of fluorescence change accompanying deprotection]
The change in fluorescence due to elimination of the protective group from the fluorescently labeled portion of the compound of the present invention was evaluated.
化合物13の200μM水溶液30μLに10×PBS(リン酸緩衝生理食塩水)400μL及び純水1000μLを加え、710μLずつ2つの容器に分けた。一方の容器に50mMグルタチオン溶液(GSH)400μL及び純水890μLを加え、GSH濃度が10mMになるように調節した。もう一方の容器には、1290μLの純水を加え、GSH未添加溶液とした。同様の手順で、GSH濃度が10μmとなる化合物13の溶液を調製した。これらGSH未添加、GSH10mM及びGSH10μMの3つの溶液について、37℃恒温槽に静置し、pH=7.4(PBS緩衝液)で反応させた。反応時間480分で蛍光測定を行い、各蛍光スペクトルを調べた。その結果を図1に示す。図1は、化合物13についてのGSH未添加、GSH10mM及びGSH10μMにおける蛍光スペクトルである。
To 30 μL of a 200 μM aqueous solution of
化合物20の200μM水溶液30μLに10×PBS(リン酸緩衝生理食塩水)600μL及び純水1200μLを加え、610μLずつ2つの容器に分けた。一方の容器に50mMグルタチオン溶液(GSH)400μL及び純水890μLを加え、GSH濃度が10mMになるように調節した。もう一方の容器には、1390μLの純水を加え、GSH未添加溶液とした。同様の手順で、GSH濃度が10μmとなる化合物20の溶液を調製した。これらGSH未添加、GSH10mM及びGSH10μMの3つの溶液について、37℃恒温槽に静置し、pH=7.4(PBS緩衝液)で反応させた。反応時間480分で蛍光測定を行い、各蛍光スペクトルを調べた。その結果を図2に示す。図2は、化合物20についてのGSH未添加、GSH10mM及びGSH10μMにおける蛍光スペクトルである。
To 30 μL of a 200 μM aqueous solution of
図1及び図2に示すように、化合物13及び化合物20のいずれについても、細胞内GSH濃度に相当する10mMにてローダミン110由来の蛍光の増加が確認された。このことは、保護基により消光していた蛍光ユニットの保護基がGSHにより脱離することで、再び蛍光を示すようになったことを示している。一方、細胞外に微量に存在するGSH濃度(10μM)やGSH未添加の場合には、蛍光の増加はごく僅かであるか、消光したままだった。
As shown in FIGS. 1 and 2, for both compound 13 and
リン酸緩衝液(pH=7.0)中、化合物21の濃度を10μMとし、ニトロレダクターゼ50μg/mL及びNADHを1mM含む試料Aと、ニトロレダクターゼ及びNADHを含まない試料Bとを調製した。これらの試料を37℃にて2時間反応させ、蛍光スペクトルの変化を観察した。なお、試料Aについては、ニトロレダクターゼ及びNADH添加直後(すなわち反応時間0時間)の蛍光スペクトルの変化も観察した。その結果を図3に示す。図3は、化合物21についてのニトロレダクターゼ及びNADHあり、並びに無しの場合における経時の蛍光スペクトル変化である。 Sample A containing 50 μg/mL nitroreductase and 1 mM NADH and sample B containing no nitroreductase and NADH at a concentration of 10 μM compound 21 in phosphate buffer (pH=7.0) were prepared. These samples were allowed to react at 37° C. for 2 hours, and changes in fluorescence spectra were observed. For sample A, changes in the fluorescence spectrum were also observed immediately after the addition of nitroreductase and NADH (that is, the reaction time was 0 hours). The results are shown in FIG. FIG. 3 shows fluorescence spectral changes over time for compound 21 with and without nitroreductase and NADH.
図3に示すように、化合物21は、細胞内酵素であるニトロレダクターゼ存在下でローダミン110由来の蛍光の増加が観察された。このことは、保護基により消光していた蛍光ユニットの保護基がニトロレダクターゼの還元作用により脱離することで、再び蛍光を示すようになったことを示している。 As shown in FIG. 3, compound 21 was observed to increase fluorescence derived from rhodamine 110 in the presence of the intracellular enzyme nitroreductase. This indicates that the protecting group of the fluorescent unit, which had been quenched by the protecting group, was removed by the reducing action of nitroreductase, and thus fluorescence was again exhibited.
[オリゴヌクレオチド(T20)への蛍光標識化]
次に、オリゴヌクレオチドに対する蛍光標識を行った。この蛍光標識されたオリゴヌクレオチドは、本発明の化合物に相当する。オリゴヌクレオチドは、DNA自動合成機上でホスホロアミダイド法に従って固相合成法により合成した。オリゴヌクレオチドの合成に際しては、化合物23(チミン塩基のホスホロアミダイド)を用いて、チミジンが20個連続するオリゴヌクレオチド(これをT20と呼ぶ。)を合成し、最後に化合物14(エチニル基を有するホスホロアミダイド)を結合させた。これにより、T20の5’末端にエチニル基が導入されたことになる。得られたオリゴヌクレオチドをODN1と呼ぶ。
[Fluorescent Labeling of Oligonucleotide (T 20 )]
Next, fluorescent labeling was performed on the oligonucleotides. This fluorescently labeled oligonucleotide corresponds to the compound of the present invention. Oligonucleotides were synthesized by solid-phase synthesis according to the phosphoramidite method on an automatic DNA synthesizer. When synthesizing oligonucleotides, compound 23 (phosphoramidite of thymine base) was used to synthesize an oligonucleotide having 20 consecutive thymidines (referred to as T20 ), and finally compound 14 (phosphoramidite having an ethynyl group) was bound. This resulted in the introduction of an ethynyl group at the 5' end of T20 . The resulting oligonucleotide is called ODN1.
ODN1に対して、クリック反応により蛍光標識化を行った。ODN1(50nmol)の溶液(38μL)に、50mMのCuSO4と100mMのトリス[(1-ベンジル-1H-1,2,3-トリアゾール-4-イル)メチル]アミン(TBTA)を含むメタノール溶液(25μL)、及び150mMのL-アスコルビン酸ナトリウム水溶液(25μL)を加え、さらに化合物13(1000nmol)のTHF溶液(10μL)、メタノール(50μL)、THF(25μL)及び純水(15μL)を加え、撹拌した後、24時間室温にて静置した。この反応溶液にエチレンジアミン四酢酸(EDTA)飽和水溶液(300μL)及びアセトニトリル(150μL)を加え、遠心分離(14000rpm、4℃、30分間)によりCu(I)を沈殿させ、上澄み液を回収した。HPLC分取カラムを使用し、目的物のピークを単離及び精製し、蛍光標識化ODN1を得た。 ODN1 was fluorescently labeled by a click reaction. To a solution (38 μL) of ODN1 (50 nmol) was added a methanol solution (25 μL) containing 50 mM CuSO 4 and 100 mM tris[(1-benzyl-1H-1,2,3-triazol-4-yl)methyl]amine (TBTA), and a 150 mM sodium L-ascorbate aqueous solution (25 μL). L), methanol (50 μL), THF (25 μL) and pure water (15 μL) were added, stirred, and allowed to stand at room temperature for 24 hours. A saturated aqueous solution of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) (300 μL) and acetonitrile (150 μL) were added to the reaction solution, Cu(I) was precipitated by centrifugation (14000 rpm, 4° C., 30 minutes), and the supernatant was collected. A HPLC preparative column was used to isolate and purify the target peak to obtain fluorescence-labeled ODN1.
得られた蛍光標識化ODN1に対して、GSHと反応させた。反応条件は、蛍光標識化ODN1を1.0μMに対してGSHを10mMとし、37℃のリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.4)中にて、反応時間を480分間とした。その結果を図4に示す。図4は、蛍光標識化ODN1を10mMのGSHと反応させたときの蛍光スペクトル変化である。 The resulting fluorescence-labeled ODN1 was reacted with GSH. The reaction conditions were 1.0 μM fluorescence-labeled ODN1 and 10 mM GSH in a sodium phosphate buffer (pH 7.4) at 37° C. for 480 minutes. The results are shown in FIG. FIG. 4 shows fluorescence spectrum changes when fluorescence-labeled ODN1 is reacted with 10 mM GSH.
図4に示すように、蛍光標識化ODN1は、10mMのGSHと反応することで消光していた蛍光が回復することが確認された。このことから、オリゴヌクレオチド鎖に結合された蛍光標識においても、GSHの作用により保護基が脱離して蛍光が回復することが理解される。 As shown in FIG. 4, it was confirmed that the quenched fluorescence of the fluorescence-labeled ODN1 was recovered by reacting with 10 mM GSH. From this, it is understood that even in the fluorescent label bound to the oligonucleotide chain, the protective group is removed by the action of GSH and the fluorescence is recovered.
[オリゴヌクレオチド類縁体(T’20)への蛍光標識化、及びその細胞内導入実験]
化合物23(チミン塩基のホスホロアミダイト)に加えて、化合物24(チミン塩基のホスホロアミダイトであり、リン酸のOHにフェニルプロピル基が結合したものである。これをXで表す。)を用いて、上記ODN1と同様の手順により、(5’末端)XXXTTXXXTTXXXTTTXXXT(3’末端)のヌクレオチド鎖(これをT’20と呼ぶ。)を合成し、最後に化合物14(エチニル基を有するホスホロアミダイド)を結合させた。これにより、T’20の5’末端にエチニル基が導入されたことになる。得られたオリゴヌクレオチドをODN2と呼ぶ。ODN2は、ODN1よりも脂溶性が向上しており、細胞内への導入効率が向上すると考えられる。
[Fluorescent Labeling of Oligonucleotide Analog (T′ 20 ) and Intracellular Introduction Experiment]
In addition to compound 23 (phosphoramidite of thymine base), compound 24 (phosphoramidite of thymine base, in which a phenylpropyl group is bound to the OH of phosphoric acid, represented by X) was used to synthesize a nucleotide chain of (5' end) XXXTTXXXXTXXXTTTXXXT (3' end) (referred to as T'20) in the same manner as ODN1 above. , and finally compound 14 (a phosphoramidite having an ethynyl group) was attached. As a result, an ethynyl group was introduced at the 5' end of T'20 . The resulting oligonucleotide is called ODN2. ODN2 is more lipid-soluble than ODN1, and is thought to improve the efficiency of its introduction into cells.
ODN2に対して、クリック反応により蛍光標識化を行った。ODN2(100nmol)の溶液(50μL)に、50mMのCuSO4と100mMのTBTAを含むメタノール溶液(25μL)、及び150mMのL-アスコルビン酸ナトリウム水溶液(25μL)を加え、減圧留去することで一度溶液の液量を減らした。これに化合物13(1000nmol)のTHF溶液(20μL)、メタノール(160μL)、THF(60μL)及び純水(80μL)を加え、撹拌した後、48時間37℃にて静置した。この反応溶液にエチレンジアミン四酢酸(EDTA)飽和水溶液(400μL)及びアセトニトリル(1000μL)を加え、遠心分離(14000rpm、4℃、30分間)によりCu(I)を沈殿させ、上澄み液を回収した。HPLC分取カラムを使用し、目的物のピークを単離及び精製し、蛍光標識化ODN2を得た。 ODN2 was fluorescently labeled by a click reaction. A methanol solution (25 μL) containing 50 mM CuSO 4 and 100 mM TBTA, and 150 mM sodium L-ascorbate aqueous solution (25 μL) were added to a solution (50 μL) of ODN2 (100 nmol), and the volume of the solution was reduced once by distilling off under reduced pressure. A THF solution (20 μL) of compound 13 (1000 nmol), methanol (160 μL), THF (60 μL) and pure water (80 μL) were added thereto, stirred, and allowed to stand at 37° C. for 48 hours. A saturated aqueous solution (400 μL) of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and acetonitrile (1000 μL) were added to the reaction solution, Cu(I) was precipitated by centrifugation (14000 rpm, 4° C., 30 minutes), and the supernatant was collected. A HPLC preparative column was used to isolate and purify the target peak to obtain fluorescently labeled ODN2.
CO2インキュベーター内にて培養していたHela細胞を24マルウェアプレートの2穴へと移し、カバーガラスの上で継代を行った。カバーガラスにHela細胞を接着させてインキュベートし、2日後、蛍光標識化ODN2を用いた細胞内への輸送実験を行った。培地を吸出し、Opti-MEM(登録商標、以下同様である。)で洗浄を行い、2穴のうち、片方は、Opti-MEMを200μL加え、もう片方には10%PBS/Opti-MEM(200μL)で溶解させたN-エチルマレイミド(NEM)を加えた。NEMは、細胞内のGSHをブロッキングし、本発明の保護基に含まれるS-S結合への反応性を弱める作用をもつ。すなわち、上記2穴のうち、片方は細胞内GSHが作用する状態にあり、もう片方はGSHが作用しない状態にあることになる。37℃インキュベーターで30分間静置した後、溶液を吸い出し、それぞれの穴に蛍光標識化ODN2(10%PBS/Opti-MEM溶液)を200μLずつ加えた。そのマルウェアプレートをCO2インキュベーターで1時間静置した後で、蛍光顕微鏡で観察し画像を得た。得られた画像を図5に示す。図5は、蛍光標識化ODN2が細胞内に取り込まれたときの様子を示す蛍光顕微鏡画像である。 Hela cells cultured in a CO 2 incubator were transferred to 2 wells of a 24-malware plate and passaged on coverslips. HeLa cells were adhered to the coverslip and incubated, and two days later, an intracellular transport experiment using fluorescence-labeled ODN2 was performed. The medium was aspirated and washed with Opti-MEM (registered trademark, the same applies hereinafter). One of the two wells was added with 200 μL of Opti-MEM, and the other was added with 10% PBS/Opti-MEM (200 μL) with N-ethylmaleimide (NEM) dissolved therein. NEM has the effect of blocking intracellular GSH and weakening the reactivity to the S—S bond contained in the protecting group of the present invention. That is, one of the two holes is in a state in which intracellular GSH acts, and the other is in a state in which GSH does not act. After standing for 30 minutes in a 37° C. incubator, the solution was aspirated, and 200 μL of fluorescence-labeled ODN2 (10% PBS/Opti-MEM solution) was added to each well. After the malware plate was left in a CO 2 incubator for 1 hour, it was observed under a fluorescence microscope and an image was obtained. The resulting image is shown in FIG. FIG. 5 is a fluorescence microscopy image showing how fluorescence-labeled ODN2 is taken up into cells.
図5の左上画像は、細胞の位置を示す明視野の画像である。左下画像は、その蛍光画像である。細胞の位置に蛍光が観察されることがわかる。右下画像は、NEMで処理した細胞における蛍光画像である。NEMで処理された細胞では明確な蛍光が観察されなかったことから、細胞内のチオール(GSH)によって保護基が除去され蛍光が発生していることが示された。 The upper left image in FIG. 5 is a bright field image showing the position of the cells. The lower left image is the fluorescence image. It can be seen that fluorescence is observed at the position of the cells. The lower right image is a fluorescence image in cells treated with NEM. No clear fluorescence was observed in the NEM-treated cells, indicating that protective groups were removed by intracellular thiols (GSH) to generate fluorescence.
[蛍光標識化ODN2の脱保護前後の紫外可視吸収スペクトル及び蛍光スペクトル変化]
上記手順で得た蛍光標識化ODN2について、脱保護前の紫外可視吸収スペクトル及び蛍光スペクトル、並びに脱保護後の紫外可視吸収スペクトル及び蛍光スペクトルの観察を行った。紫外可視吸収スペクトル測定は、液温23℃の20mMリン酸ナトリウム水溶液(pH7.4)中で蛍光標識化ODN2の濃度を10μMとして実施し、蛍光スペクトル測定は、液温37℃の100mMリン酸ナトリウム水溶液(pH7.4)中で蛍光標識化ODN2の濃度を500nMとし、励起光の波長を495nmとして実施した。その結果を図6に示す。図6は、蛍光標識化ODN2の脱保護前後の紫外可視吸収スペクトル及び蛍光スペクトル変化を示すチャートであり、図6(a)が紫外可視吸収スペクトル変化を示すチャートであり、図6(b)が蛍光スペクトル変化を示すチャートである。なお、蛍光標識化ODN2の脱保護前後の構造は、下記化学式に示す通りである。
[Changes in UV-visible absorption spectrum and fluorescence spectrum before and after deprotection of fluorescence-labeled ODN2]
For the fluorescence-labeled ODN2 obtained by the above procedure, the ultraviolet-visible absorption spectrum and fluorescence spectrum before deprotection and the ultraviolet-visible absorption spectrum and fluorescence spectrum after deprotection were observed. The ultraviolet-visible absorption spectrum measurement was performed at a concentration of 10 μM of the fluorescently labeled ODN2 in a 20 mM sodium phosphate aqueous solution (pH 7.4) at a liquid temperature of 23° C., and the fluorescence spectral measurement was performed at a liquid temperature of 37° C. in a 100 mM sodium phosphate aqueous solution (pH 7.4) at a concentration of 500 nM of the fluorescently labeled ODN2 and an excitation light wavelength of 495 nm. The results are shown in FIG. FIG. 6 is a chart showing changes in the UV-visible absorption spectrum and fluorescence spectrum of fluorescence-labeled ODN2 before and after deprotection. FIG. 6(a) is a chart showing changes in the UV-visible absorption spectrum, and FIG. 6(b) is a chart showing changes in the fluorescence spectrum. The structures of the fluorescence-labeled ODN2 before and after deprotection are shown in the chemical formulas below.
図6(a)及び(b)に示す通り、脱保護に伴い、500nm付近に強い吸収が現れるとともに、530nm付近に強い蛍光が観察された。 As shown in FIGS. 6(a) and 6(b), along with the deprotection, strong absorption appeared around 500 nm and strong fluorescence was observed around 530 nm.
[蛍光標識化ODN2のGSH存在下における時間経過に対する蛍光変化]
上記手順で得た蛍光標識化ODN2について、GSHの存在下で、時間経過に対する蛍光変化を観察した。蛍光スペクトル変化は、液温37℃の100mMリン酸ナトリウム水溶液(pH7.4)中で蛍光標識化ODN2の濃度を500nMとし、励起波長を495nm、蛍光の検出波長を520nmとして、水溶液中のGSH濃度を0μM、10μM、1.0mMm及び10mMとしてそれぞれ測定した。その結果を図7に示す。図7は、蛍光標識化ODN2のGSH存在下における時間経過に対する蛍光変化を示すチャートである。
[Fluorescence change over time in the presence of GSH of fluorescence-labeled ODN2]
Fluorescence-labeled ODN2 obtained by the above procedure was observed for changes in fluorescence over time in the presence of GSH. Fluorescence spectrum changes were measured in a 100 mM sodium phosphate aqueous solution (pH 7.4) at a liquid temperature of 37° C. at a concentration of 500 nM for fluorescence-labeled ODN2, an excitation wavelength of 495 nm, a fluorescence detection wavelength of 520 nm, and GSH concentrations of 0 μM, 10 μM, 1.0 mM, and 10 mM in the aqueous solution. The results are shown in FIG. FIG. 7 is a chart showing changes in fluorescence over time of fluorescence-labeled ODN2 in the presence of GSH.
図7に示す通り、GSHが添加された溶液では時間の経過とともに蛍光強度の増加が観察され、蛍光標識化ODN2が細胞内物質であるGSHの存在下で脱保護され、蛍光を発するようになることが理解できる。 As shown in FIG. 7, in the GSH-added solution, an increase in fluorescence intensity was observed over time, indicating that the fluorescence-labeled ODN2 was deprotected in the presence of GSH, an intracellular substance, and began to emit fluorescence.
Claims (11)
After introducing an azide group into a molecule to be labeled, the molecule is reacted with a fluorescent label introduction agent containing a compound having an alkynyl group or an A ring among the compounds according to any one of claims 6 to 9.
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