KR101171919B1 - Fluorescein derivatives having selectivity for thiol and method for in vivo monitoring thiol using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 티올 선택성을 갖는 플루오레세인 유도체를 포함하는 형광 센서 및 이를 이용한 티올 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 티올과 선택적으로 결합하여 녹색 형광 증강 효과를 나타내는 플루오레세인 유도체는 수용액에서 검출하거나, 체내에 주입하여 형광 강도를 측정함으로써 체내 티올 함유 물질을 실시간으로 정량 또는 정성 분석할 수 있다.The present invention relates to a fluorescent sensor comprising a fluorescein derivative having a thiol selectivity and a thiol detection method using the same. More particularly, a fluorescein derivative which selectively binds to a thiol and exhibits a green fluorescence enhancement effect is detected in an aqueous solution. Alternatively, the thiol-containing material in the body can be quantitatively or qualitatively analyzed by injecting the body into fluorescence intensity.
Description
본 발명은 티올 선택성을 갖는 플루오레세인 유도체를 포함하는 형광 센서 및 이를 이용한 티올 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 티올과 선택적으로 결합하여 녹색 형광 증강 효과를 나타내는 플루오레세인 유도체는 수용액에서 검출하거나, 체내에 주입하여 형광 강도를 측정함으로써 체내 티올 함유 물질을 실시간으로 정량 또는 정성 분석할 수 있는 티올 선택성을 갖는 플루오레세인 유도체를 포함하는 형광 센서 및 이를 이용한 티올 검출방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a fluorescent sensor comprising a fluorescein derivative having a thiol selectivity and a thiol detection method using the same. More particularly, a fluorescein derivative which selectively binds to a thiol and exhibits a green fluorescence enhancement effect is detected in an aqueous solution. Or a fluorescent sensor comprising a fluorescein derivative having a thiol selectivity capable of quantitatively or qualitatively analyzing a thiol-containing material in a body in real time by measuring fluorescence intensity by injecting into a body and a thiol detection method using the same.
시스테인(Cys), 호모시스테인(Hcy) 및 글루타티온(GSH)과 같은 세포내 티올은 생리적 매트릭스에서 많은 중요한 역할을 담당하고 있다. 예를 들어, Cys 및 Hcy는 생체시스템에서 세포 및 조직 생장에 요구되는 필수적인 생체분자들이다. 시스테인의 결핍은 다양한 건강상의 문제들, 예를 들어, 생장 지연, 모발 탈색, 기면, 간 손상, 근육 및 지방 소실, 및 피부 손상을 유발한다. 사람의 혈장에서 Hcy의 수준이 증가할 경우, 알츠하이머병, 심혈관 질환, 신경관 결손, 염증성 장질환, 및 골다공증에 대한 위험인자이다. 가장 풍부한 세포내 단백질 비구성원(non-proteinogenic) 티올인 GSH는 세포에서 환원환경(reducing environment)을 유지하고, 레독스 조절자로서 작용하는 중추적인 역할을 담당하고 있다. 그러므로, 생체시료에서 티올을 함유하는 물질의 검출 및 식별이 매우 중요하다. 지금까지, HPLC, 모세관 전기영동 및 UV-Vis 검출/비색 분석등의 몇몇 티올 검출방법들이 개발되었다. 이들 방법들이 인 비트로에서 티올을 모니터하기에는 유용하나, 생체내 연구에 대한 이들의 한계로 인해 세포 내 검출을 위해 사용할 수 있는 방법은 거의 없었다. 간단하고, 민감하며 효과적이므로 티올 검출을 위한 형광 방법들이 더 바람직하다. 과거 몇 년동안, 다른 메커니즘에 기반을 둔 티올에 대한 다양한 형광 프로브들, 예를 들어, 마이클 첨가(Michael addition), 알데히드를 이용한 고리형성, 티올에 의한 분리 반응 및 기타 등등이 개발된 바 있다.
Intracellular thiols such as cysteine (Cys), homocysteine (Hcy) and glutathione (GSH) play many important roles in the physiological matrix. For example, Cys and Hcy are essential biomolecules required for cell and tissue growth in a biological system. Deficiency of cysteine causes various health problems, such as growth retardation, hair discoloration, lethargy, liver damage, muscle and fat loss, and skin damage. Increased levels of Hcy in human plasma are risk factors for Alzheimer's disease, cardiovascular disease, neural tube defects, inflammatory bowel disease, and osteoporosis. GSH, the most abundant intracellular non-proteinogenic thiol, plays a pivotal role in maintaining a reducing environment and acting as a redox regulator in cells. Therefore, the detection and identification of substances containing thiols in biological samples is very important. To date, several thiol detection methods have been developed, such as HPLC, capillary electrophoresis and UV-Vis detection / colorimetric analysis. These methods are useful for monitoring thiols in vitro, but due to their limitations for in vivo studies, few methods can be used for intracellular detection. Fluorescent methods for thiol detection are more preferred because they are simple, sensitive and effective. In the past few years, various fluorescent probes for thiols based on different mechanisms have been developed, such as Michael addition, ring formation with aldehydes, separation reactions with thiols, and the like.
본 발명의 목적은 수용액 또는 생체 내에서 티올에 대한 높은 선택성과 민감성을 갖는 신규한 플루오레세인 유도체 형광 프로브 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide novel fluorescein derivative fluorescent probes having high selectivity and sensitivity to thiols in aqueous solution or in vivo and methods for their preparation.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다:In order to achieve the above object, the present invention provides a compound represented by the following formula (1):
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서,Where
R1 및 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 또는 하이드록시이고,R 1 and R 4 are each independently hydrogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, or hydroxy,
R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 또는 하이드록시이고,R 2 and R 3 are each independently hydrogen, halogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, or hydroxy,
R5는 수소, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 하이드록시, 카르복실, CO(R6), 또는 CON(R6)이고, 여기서 R6은 C1-6 알킬, 또는 5 내지 12 환원의 아릴을 나타내고,R 5 is hydrogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, hydroxy, carboxyl, CO (R 6 ), or CON (R 6 ), wherein R 6 is C 1-6 alkyl, or 5 to 12 represents aryl of the reduction,
P, Q, Y 및 Z는 각각 독립적으로 산소원자 또는 황원자이고,P, Q, Y and Z are each independently an oxygen atom or a sulfur atom,
X는 산소, 황, 또는 NR7이고, 여기서 R7은 수소, 또는 C1-6 알킬을 나타내며,X is oxygen, sulfur, or NR 7 , wherein R 7 represents hydrogen or C 1-6 alkyl,
n은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.
n represents the integer of 1-4.
본 발명은 또한 용매 하에서 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는 하기 화학식 1의 화합물의 제조방법을 제공한다:The present invention also provides a process for preparing a compound of
[화학식 2][Formula 2]
[화학식 3](3)
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서,Where
R1 및 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 또는 하이드록시이고,R 1 and R 4 are each independently hydrogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, or hydroxy,
R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 또는 하이드록시이고,R 2 and R 3 are each independently hydrogen, halogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, or hydroxy,
R5는 수소, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 하이드록시, 카르복실, CO(R6), 또는 CON(R6)이고, 여기서 R6은 C1-6 알킬, 또는 5 내지 12 환원의 아릴을 나타내고,R 5 is hydrogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, hydroxy, carboxyl, CO (R 6 ), or CON (R 6 ), wherein R 6 is C 1-6 alkyl, or 5 to 12 represents aryl of the reduction,
P, Q, Y 및 Z는 각각 독립적으로 산소원자 또는 황원자이고,P, Q, Y and Z are each independently an oxygen atom or a sulfur atom,
X는 산소, 황, 또는 NR7이고, 여기서 R7은 수소, 또는 C1-6 알킬을 나타내며,X is oxygen, sulfur, or NR 7 , wherein R 7 represents hydrogen or C 1-6 alkyl,
n은 1 내지 4의 정수이고,n is an integer of 1 to 4,
R'는 4 내지 7환원의 시클로알케닐을 나타낸다.
R 'represents 4-7 reduced cycloalkenyl.
본 발명은 또한 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 티올 검출용 센서 또는 조성물을 제공한다:The present invention also provides a sensor or composition for detecting a thiol comprising a compound of the formula:
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서,Where
R1 및 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 또는 하이드록시이고,R 1 and R 4 are each independently hydrogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, or hydroxy,
R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 또는 하이드록시이고,R 2 and R 3 are each independently hydrogen, halogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, or hydroxy,
R5는 수소, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 하이드록시, 카르복실, CO(R6), 또는 CON(R6)이고, 여기서 R6은 C1-6 알킬, 또는 5 내지 12 환원의 아릴을 나타내고,R 5 is hydrogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, hydroxy, carboxyl, CO (R 6 ), or CON (R 6 ), wherein R 6 is C 1-6 alkyl, or 5 to 12 represents aryl of the reduction,
P, Q, Y 및 Z는 각각 독립적으로 산소원자 또는 황원자이고,P, Q, Y and Z are each independently an oxygen atom or a sulfur atom,
X는 산소, 황, 또는 NR7이고, 여기서 R7은 수소, 또는 C1-6 알킬을 나타내며,X is oxygen, sulfur, or NR 7 , wherein R 7 represents hydrogen or C 1-6 alkyl,
n은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.
n represents the integer of 1-4.
본 발명은 또한 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 티올을 반응시키는 단계를 포함하는 티올을 검출하는 방법을 제공한다.
The present invention also provides a method for detecting a thiol comprising the step of reacting the compound represented by
본 발명은 티올에 대한 높은 선택성과 민감성을 갖는 신규한 플루오레세인 유도체 형광 프로브를 제공하는 효과가 있다.The present invention has the effect of providing a novel fluorescein derivative fluorescent probe with high selectivity and sensitivity to thiols.
상기 형광 프로브는 수용액뿐만 아니라 생체 내에서도 효과적으로 티올을 검출할 수 있다.
The fluorescent probe can effectively detect thiol in vivo as well as in aqueous solution.
도 1은 HEPES 완충용액에서 다양한 분석물질들에 대한 본 발명의 플루오레세인 유도체의 형광 스펙트럼(a) 및 UV/Vis 흡수 스펙트럼(b)을 나타낸 것이다.
도 2는 HEPES 완충용액에서 GSH를 농도별로 첨가함에 따른 본 발명의 플루오레세인 유도체의 형광(a) 및 흡수(b) 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 3은 CH3CN-HEPES 완충용액에서 저농도의 GSH를 첨가함에 따른 본 발명의 플루오레세인 유도체의 형광 적정 결과(a) 및 CH3CN-HEPES 완충용액에서 농도별 GSH를 첨가함에 따른 본 발명의 플루오레세인 유도체의 520 nm 에서 형광 강도 변화(b)를 나타낸 것이다.
도 4는 pH 별로 GSH 유무에 따른 본 발명의 플루오레세인 유도체의 520nm에서의 형광 강도를 나타낸 것이다.
도 5는 CH3CN/HEPES 용액에서 본 발명의 플루오레세인 유도체 및 GSH 간의 반응에 대한 Job's plot을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 플루오레세인 유도체 및 2-머캅토에탄올을 혼합하여 얻은 산물의 FAB 질량 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 7은 DMSO-d 6에서 2-머캅토에탄올의 유(하단) 무(상단)에 따른 본 발명의 플루오레세인 유도체의 1H NMR 스펙트럼이다.
도 8은 포유동물 세포 및 기관들의 위상차 현미경 이미지 및 형광 이미지를 나타낸 것으로, (a)는 쥐의 P19 태아성 암세포에 본 발명의 플루오레세인 유도체를 처리한 결과이고, (b)는 P19 태아성 암세포를 NMM 에서 20분간 전처리한 후 본 발명의 플루오레세인 유도체를 처리한 결과이고(왼쪽: 위상차 현미경 이미지; 중간은 형광 이미지; 오른쪽은 병합 이미지임), (c)는 3일령된 제브라피쉬를 본 발명의 플루오레세인 유도체와 함께 배양한 결과이고, (d)는 3일령된 제브라피쉬를 NMM로 전처리한 후, 본 발명의 플루오레세인 유도체를 처리한 결과이다(상단: 위상차 현미경 이미지; 하단: 형광 이미지임).
도 9는 본 발명의 플루오레세인 유도체가 처리된 제브라피쉬의 기관들의 이미지를 나타낸 것이다(상단: 위상차 현미경 이미지, 하단: 형광 이미지).
도 10은 티올에 대한 높은 선택성과 민감성을 갖는 본 발명의 플루오레세인 유도체 및 이를 이용한 제브라피쉬에서의 생체 이미지를 도시한 것이다.Figure 1 shows the fluorescence spectrum (a) and UV / Vis absorption spectrum (b) of the fluorescein derivative of the present invention for a variety of analytes in HEPES buffer.
Figure 2 shows the fluorescence (a) and absorption (b) spectrum of the fluorescein derivative of the present invention according to the concentration of GSH in HEPES buffer solution.
The present invention resulting from the FIG. 3 is added to concentrations GSH in the fluorescence titration results (a) and CH 3 CN-HEPES buffer solution of fluorescein derivatives of the present invention resulting from the addition of GSH at a low concentration in CH 3 CN-HEPES buffer Fluorescence intensity change at 520 nm of (b) is shown.
Figure 4 shows the fluorescence intensity at 520nm of the fluorescein derivative of the present invention with or without GSH by pH.
FIG. 5 shows a Job's plot of the reaction between the fluorescein derivative and GSH of the present invention in a CH 3 CN / HEPES solution.
Figure 6 shows the FAB mass spectrum of the product obtained by mixing the fluorescein derivative and 2-mercaptoethanol of the present invention.
FIG. 7 is a 1 H NMR spectrum of a fluorescein derivative of the present invention according to the presence (lower) or no (top) of 2-mercaptoethanol in DMSO- d 6 .
FIG. 8 shows phase contrast microscopy images and fluorescence images of mammalian cells and organs. (A) shows the results of treatment of the fluorescein derivative of the present invention on mouse P19 fetal cancer cells, and (b) shows P19 fetal Pretreatment of cancer cells with NMM for 20 minutes followed by treatment with the fluorescein derivative of the present invention (left: phase contrast microscopy; middle is fluorescent image; right is merged image), and (c) shows three-day-old zebrafish. Incubated with the fluorescein derivative of the present invention, (d) is a result of treating the fluorescein derivative of the present invention after pretreatment of the three-day-old zebrafish with NMM (top: phase contrast microscope image; bottom) : Fluorescent image).
Figure 9 shows an image of the organs of zebrafish treated with the fluorescein derivative of the present invention (top: phase contrast microscope image, bottom: fluorescence image).
FIG. 10 shows the fluorescein derivatives of the present invention having high selectivity and sensitivity to thiols and biopsies in zebrafish using the same.
이하, 본 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the structure of this invention is demonstrated concretely.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물에 관한 것이다:The present invention relates to a compound represented by the following general formula (1):
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서,Where
R1 및 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 또는 하이드록시이고,R 1 and R 4 are each independently hydrogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, or hydroxy,
R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 또는 하이드록시이고,R 2 and R 3 are each independently hydrogen, halogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, or hydroxy,
R5는 수소, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 하이드록시, 카르복실, CO(R6), 또는 CON(R6)이고, 여기서 R6은 C1-6 알킬, 또는 5 내지 12 환원의 아릴을 나타내고,R 5 is hydrogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, hydroxy, carboxyl, CO (R 6 ), or CON (R 6 ), wherein R 6 is C 1-6 alkyl, or 5 to 12 represents aryl of the reduction,
P, Q, Y 및 Z는 각각 독립적으로 산소원자 또는 황원자이고,P, Q, Y and Z are each independently an oxygen atom or a sulfur atom,
X는 산소, 황, 또는 NR7이고, 여기서 R7은 수소, 또는 C1-6 알킬을 나타내며,X is oxygen, sulfur, or NR 7 , wherein R 7 represents hydrogen or C 1-6 alkyl,
n은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.
n represents the integer of 1-4.
본 발명의 화합물의 치환체 정의에 사용된 용어는 하기와 같다.The terms used in the substituent definitions of the compounds of the present invention are as follows.
"할로"는 -F, -Cl, -Br 또는 -I이다."Halo" is -F, -Cl, -Br or -I.
"알킬"은 다른 기재가 없는 한, 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄 또는 고리형의 포화 탄화수소를 가리킨다. C1-30 알킬기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 이소프로필, 이소부틸, sec-부틸 및 tert-부틸, 이소펜틸, 네오펜틸, 이소헥실, 이소헵틸, 이소옥틸, 이소노닐 및 이소데실이 포함되나, 이들에 제한되지 않는다. 또한 상기 알킬은 "시클로알킬"을 포함한다. 상기 시클로알킬은 다른 기재가 없는 한, 탄소수 3 내지 12의 비방향족, 포화 탄화 수소환으로서 단일환 및 융합환을 포함한다. C3-12 시클로알킬의 대표적 예는 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸 및 시클로옥틸이 포함되나, 이들에 제한되지 않는다."Alkyl" refers to a straight or branched chain or cyclic saturated hydrocarbon having 1 to 30 carbon atoms unless otherwise stated. Examples of C 1-30 alkyl groups are methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, isopropyl, isobutyl, sec-butyl and tert-butyl, isopentyl, neopentyl, isohexyl , Isoheptyl, isooctyl, isononyl and isodedecyl, but is not limited thereto. The alkyl also includes "cycloalkyl". The cycloalkyl includes a monocyclic and fused ring as a non-aromatic, saturated hydrocarbon ring having 3 to 12 carbon atoms, unless otherwise specified. Representative examples of C 3-12 cycloalkyl include, but are not limited to, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl and cyclooctyl.
"알콕시"는 다른 기재가 없는 한, 상기 탄소수 1 내지 6, 예를 들어 탄소수 1 내지 4의 알킬기가 산소원자와 결합한 것을 나타낸다. C1-4 알콕시기의 예는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 및 부톡시가 포함되나, 이들에 제한되지 않는다."Alkoxy" means an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, such as 1 to 4 carbon atoms, bonded to an oxygen atom unless otherwise specified. Examples of C 1-4 alkoxy groups include, but are not limited to, methoxy, ethoxy, propoxy, and butoxy.
"시클로알케닐"은 하나 이상의 탄소-탄소 이중결합을 함유하는 탄소수가 3 내지 10인 비-방향족의 모노 또는 멀티사이틀릭 환 시스템을 의미한다. 바람직한 시클로알케닐 환은 4 내지 7개의 환 원자를 함유한다. 시클로알케닐은 동일하거나 또는 상이할 수 있고 상기에서 정의한 바와 같은 하나 이상의 "환 시스템 치환체"로 임의 치환될 수 있다. 적합한 모노사이클릭 시클로알케닐의 비제한적인 예는 시클로펜테닐, 시클로헥세닐 등을 포함한다. 적합한 멀티사이클릭 시클로알케닐의 비제한적인 예로는 노르보르닐레닐이다. "Cycloalkenyl" means a non-aromatic mono or multicyclic ring system having 3 to 10 carbon atoms containing one or more carbon-carbon double bonds. Preferred cycloalkenyl rings contain 4 to 7 ring atoms. Cycloalkenyl may be the same or different and may be optionally substituted with one or more "ring system substituents" as defined above. Non-limiting examples of suitable monocyclic cycloalkenyls include cyclopentenyl, cyclohexenyl, and the like. Non-limiting examples of suitable multicyclic cycloalkenyls are norbornylenyl.
"아릴"은 다른 기재가 없는 한, 5 내지 12-환원의 방향족 고리화합물을 가리킨다. 아릴기의 예로는 페닐, 비페닐, 나프틸 및 안트라세닐을 포함하나, 이들에 제한되지 않는다.
"Aryl" refers to 5 to 12-reduced aromatic cyclic compounds unless otherwise stated. Examples of aryl groups include, but are not limited to, phenyl, biphenyl, naphthyl and anthracenyl.
상기 화학식 1의 화합물은 보다 구체적으로 The compound of
R1 및 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-4 알킬, C1-4 알콕시, 또는 하이드록시이고,R 1 and R 4 are each independently hydrogen, C 1-4 alkyl, C 1-4 alkoxy, or hydroxy,
R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1-4 알킬, C1-4 알콕시, 또는 하이드록시이고,R 2 and R 3 are each independently hydrogen, halogen, C 1-4 alkyl, C 1-4 alkoxy, or hydroxy,
R5는 수소, C1-4 알킬, C1-4 알콕시, 하이드록시, 카르복실, CO(R6), 또는 CON(R6)이고, 여기서 R6은 C1-4 알킬, 또는 5 내지 12 환원의 아릴을 나타내고,R 5 is hydrogen, C 1-4 alkyl, C 1-4 alkoxy, hydroxy, carboxyl, CO (R 6 ), or CON (R 6 ), wherein R 6 is C 1-4 alkyl, or 5 to 12 represents aryl of the reduction,
P, Q, Y 및 Z는 산소원자이고,P, Q, Y and Z are oxygen atoms,
X는 산소, 황, 또는 NR7이고, 여기서 R7은 수소, 또는 C1-4 알킬을 나타내며,X is oxygen, sulfur, or NR 7 , wherein R 7 represents hydrogen or C 1-4 alkyl,
n은 1 내지 2의 정수를 나타낼 수 있다.n can represent the integer of 1-2.
화학식 1의 화합물은 보다 구체적으로 Compound of
R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 또는 하이드록시를 나타내고,R 1 to R 5 each independently represent hydrogen or hydroxy,
P, Q, Y 및 Z는 산소원자이고,P, Q, Y and Z are oxygen atoms,
X는 산소, 또는 NR7이고, 여기서 R7은 수소, 또는 C1-2 알킬을 나타내며,X is oxygen, or NR 7 , wherein R 7 represents hydrogen, or C 1-2 alkyl,
n은 1 내지 2의 정수를 나타낼 수 있다.
n can represent the integer of 1-2.
화학식 1의 화합물은 가장 구체적으로The compound of
R1, R2, R3 및 R5는 수소이고,R 1 , R 2 , R 3 and R 5 are hydrogen,
R4는 하이드록시이고,R 4 is hydroxy,
P, Q, X, Y 및 Z는 산소원자이고,P, Q, X, Y and Z are oxygen atoms,
n은 2를 나타낼 수 있다.
n may represent 2.
본 발명은 또한 용매 하에서 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는 하기 화학식 1의 화합물의 제조방법에 관한 것이다:The present invention also relates to a method for preparing a compound represented by the following
[화학식 2][Formula 2]
[화학식 3](3)
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서,Where
R1 및 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 또는 하이드록시이고,R 1 and R 4 are each independently hydrogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, or hydroxy,
R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 또는 하이드록시이고,R 2 and R 3 are each independently hydrogen, halogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, or hydroxy,
R5는 수소, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 하이드록시, 카르복실, CO(R6), 또는 CON(R6)이고, 여기서 R6은 C1-6 알킬, 또는 5 내지 12 환원의 아릴을 나타내고,R 5 is hydrogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, hydroxy, carboxyl, CO (R 6 ), or CON (R 6 ), wherein R 6 is C 1-6 alkyl, or 5 to 12 represents aryl of the reduction,
P, Q, Y 및 Z는 각각 독립적으로 산소원자 또는 황원자이고,P, Q, Y and Z are each independently an oxygen atom or a sulfur atom,
X는 산소, 황, 또는 NR7이고, 여기서 R7은 수소, 또는 C1-6 알킬을 나타내며,X is oxygen, sulfur, or NR 7 , wherein R 7 represents hydrogen or C 1-6 alkyl,
n은 1 내지 4의 정수이고,n is an integer of 1 to 4,
R'는 4 내지 7환원의 시클로알케닐을 나타낸다.
R 'represents 4-7 reduced cycloalkenyl.
상기 화학식 1의 화합물의 제조방법은 Method for preparing a compound of
플루오레세인으로부터 알데히드기가 치환된 상기 화학식 2의 화합물을 제조하는 단계; 및Preparing a compound of
용매 하에서 화학식 2의 화합물 및 화학식 3의 화합물의 베일리스 힐만 및 마이클 첨가 반응에 의해 화학식 1의 화합물을 제조하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.It is preferred to include the step of preparing the compound of
상기 화학식 2의 화합물은 플루오레세인 모노알데히드일 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다.The compound of
상기 화학식 2의 화합물은 J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15949-15958에 개시된 방법에 따라 제조할 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다. The compound of
일 구체예에 따르면, 화학식 2의 화합물로 플루오레세인 모노알데히드의 제조방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.According to one embodiment, the method for preparing fluorescein monoaldehyde with the compound of
플루오레세인, 메탄올 및 15-crown-5를 혼합하고 NaOH 용액을 첨가하여 반응시킨 다음 냉각 후 상기 혼합물을 산성화시키고, 침전물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피를 통해 정제하여 엷은 노란색의 고형체 상태의 화학식 2의 화합물을 수득할 수 있다.
Fluorescein, methanol and 15-crown-5 were mixed and reacted by the addition of NaOH solution, followed by acidification of the mixture after cooling, and the precipitate was purified by silica gel column chromatography to give the pale yellow solid of
본 발명에 따른 화학식 1의 화합물의 제조방법에 있어서, 화학식 1의 화합물은 용매 하에서 상기 단계에서 수득한 화학식 2의 화합물 및 화학식 3의 화합물의 베일리스 힐만 및 마이클 첨가 반응에 의해 제조할 수 있다.In the method for preparing the compound of
상기 화학식 3의 화합물로 2-사이클로펜텐-1-온을 사용할 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다.2-cyclopenten-l-one may be used as the compound of
상기 베일리스 힐만 및 마이클 첨가 반응은 상기 혼합물에 이미다졸을 추가로 첨가하여 실시한다. The Baileys Hillman and Michael addition reactions are carried out by further addition of imidazole to the mixture.
상기 용매는 테트라하이드로퓨란, 디클로로메탄, 또는 아세톤니트릴 등을 단독 또는 2종 이상 사용할 수 있다.The solvent may be used alone or two or more of tetrahydrofuran, dichloromethane, acetonitrile and the like.
화학식 2의 화합물로부터 화학식 1의 화합물을 제조하는 단계를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the steps for preparing the compound of
화학식 2의 화합물, 화학식 3의 화합물 및 이미다졸을 탈이온수에서 혼합하여 반응시킨 다음, 감압 증발 후 최종 혼합물을 용매추출하고, 유기층을 감압 하에서 농축한 후 실리카겔 컬럼 크로마토그래피를 통해 정제하여 노란색의 결정 형태의 화학식 1의 화합물을 얻을 수 있다.
After reacting the compound of
일 예에 따르면, 화학식 1의 화합물은 하기 반응식 1에 따라 제조될 수 있다:According to one embodiment, the compound of
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
본 발명은 또한 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 티올 검출용 센서에 관한 것이다:The present invention also relates to a sensor for detecting thiol, which comprises a compound of the formula:
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서,Where
R1 및 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 또는 하이드록시이고,R 1 and R 4 are each independently hydrogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, or hydroxy,
R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 또는 하이드록시이고,R 2 and R 3 are each independently hydrogen, halogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, or hydroxy,
R5는 수소, C1-6 알킬, C1-6 알콕시, 하이드록시, 카르복실, CO(R6), 또는 CON(R6)이고, 여기서 R6은 C1-6 알킬, 또는 5 내지 12 환원의 아릴을 나타내고,R 5 is hydrogen, C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, hydroxy, carboxyl, CO (R 6 ), or CON (R 6 ), wherein R 6 is C 1-6 alkyl, or 5 to 12 represents aryl of the reduction,
P, Q, Y 및 Z는 각각 독립적으로 산소원자 또는 황원자이고,P, Q, Y and Z are each independently an oxygen atom or a sulfur atom,
X는 산소, 황, 또는 NR7이고, 여기서 R7은 수소, 또는 C1-6 알킬을 나타내며,X is oxygen, sulfur, or NR 7 , wherein R 7 represents hydrogen or C 1-6 alkyl,
n은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.n represents the integer of 1-4.
본 발명의 화학식 1의 화합물의 티올 선택성에 대한 예상 메커니즘은 하기 반응식 2로 나타낼 수 있다. 즉, 수용액 내에서 화학식 1의 화합물은 티올 화합물과 반응하여 화학식 1의 화합물 내 α,β-불포화 케톤의 1, 4의 위치에 티올이 첨가되어 스피로 개환(spiro ring opeining)이 일어남으로써 형광을 나타내는 화학식 1의 화합물-티올 부가물이 형성되어 형광 증가 및 UV-Vis 스펙트럼 변화가 일어나므로, 화학식 1의 화합물은 티올에 대한 높은 선택성과 민감성을 갖는 형광 프로브로 사용할 수 있다.The expected mechanism for thiol selectivity of the compounds of
[반응식 2]
본 발명의 화학식 1의 화합물은 100% 수용액에서 티올 첨가에 따라 농도 의존적으로 520 nm의 여기 파장에서 선택적인 형광 증가 효과를 나타내므로 "OFF-ON"타입의 형광 프로브로 사용하여 티올을 검출할 수 있는 것이다. The compound of
일 예에 따르면, 아미노산, 예를 들어, Gly, Phe, Ser, Glu, Lys, Arg, His, Ala, Gln, Met, Tyr 및 시스틴에 대해서는 형광 변화를 나타내지 않으나, 티올을 함유하는 아미노산인 시스테인(Cys), 호모시스테인(Hcy), 또는 글루타치온(GSH)에 대해서는 농도 의존적으로 큰 폭의 형광 변화를 나타낸다.According to one embodiment, no change in fluorescence occurs for amino acids such as Gly, Phe, Ser, Glu, Lys, Arg, His, Ala, Gln, Met, Tyr, and cystine, but cysteine, an amino acid containing thiols ( Cys), homocysteine (Hcy), or glutathione (GSH) show large fluorescence changes in a concentration-dependent manner.
일 예에 따르면, 화학식 1의 화합물로 검출할 수 있는 티올 함유 물질, 예를 들어, 글루타치온의 농도는 50 내지 350 nM이다.
According to one embodiment, the concentration of thiol-containing material, such as glutathione, detectable with the compound of
본 발명은 또한 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 티올 검출용 조성물에 관한 것이다. The present invention also relates to a thiol detection composition comprising the compound of formula (1).
상기의 티올 검출용 조성물 또는 티올 검출용 센서는 화학식 1로 표시되는 화합물 외에 완충용액을 포함할 수 있다. 완충용액의 종류 및 농도는 특별히 제한되지 아니하나, 상기 티올 검출용 센서의 적용 용도에 따라 적절히 변경할 수 있을 것이다. 예컨대, 본 발명의 티올 검출용 센서를 생체 내 티올의 검출하기 위해 사용하고자 하는 경우 상기 완충용액은 생체 내 pH 농도에 상응하는 완충범위를 갖는 것이 바람직할 것이다.
The thiol detecting composition or the thiol detecting sensor may include a buffer solution in addition to the compound represented by
본 발명은 또한 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 티올을 반응시키는 단계를 포함하는 티올을 검출하는 방법에 관한 것이다. The present invention also relates to a method for detecting a thiol comprising the step of reacting a thiol with a compound represented by the formula (1).
본 발명의 화학식 1의 화합물은 수용액 또는 생체 내에서 티올 화합물을 검출할 수 있는 "OFF-ON" 타입의 센서로서 형광 강도가 낮은 상태(OFF)에서 티올을 감지하면 형광 강도가 커지는(ON) 사실을 센서화시킨 것이다.The compound of
수용액 상태에서 티올 화합물을 검출할 경우, 검출 가능한 형광 강도를 고려하여 상기 수용액의 pH는 5 내지 12 일 수 있다.When the thiol compound is detected in the aqueous solution, the pH of the aqueous solution may be 5 to 12 in consideration of the detectable fluorescence intensity.
상기 티올 화합물은 티올기를 함유하는 물질이라면 특별히 제한하지는 않으며, 예를 들어, 시스테인(Cys), 호모시스테인(Hcy), 또는 글루타치온(GSH) 등의 티올 함유 아미노산일 수 있다. The thiol compound is not particularly limited as long as it contains a thiol group. For example, the thiol compound may be a thiol-containing amino acid such as cysteine (Cys), homocysteine (Hcy), or glutathione (GSH).
또한, 생체 내에서 티올 화합물을 검출할 경우, 화학식 1의 화합물은 살아있는 세포와 혼합 배양하거나, 생체 내에 투여하여 세포 또는 생체 내 형광 강도를 측정하여 티올을 검출할 수 있다. In addition, when detecting a thiol compound in vivo, the compound of
상기 생체는 제브라피쉬 등의 어류, 생쥐, 집쥐, 기니피그, 토끼, 고양이, 개, 양, 돼지, 소, 원숭이, 비비, 또는 침팬지 등일 수 있다.The living body may be a fish such as zebrafish, a mouse, a mouse, a guinea pig, a rabbit, a cat, a dog, a sheep, a pig, a cow, a monkey, a baboon, or a chimpanzee.
상기 티올 검출은 통상의 계측장치, 예를 들어 형광 현미경 등을 사용하여 형광 강도의 증가를 측정하여 실시할 수 있다. The thiol detection can be carried out by measuring an increase in fluorescence intensity using a conventional measuring device, for example, a fluorescence microscope.
본 발명에 따른 티올을 검출하는 방법은 형광 강도의 증가를 검출하는 것이다.
The method for detecting thiols according to the invention is to detect an increase in fluorescence intensity.
이하, 본 발명에 따르는 실시예 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples of the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the following Examples.
<실시예 1> 플루오레세인 유도체의 합성 및 티올 선택성 조사Example 1 Synthesis of Fluorescein Derivatives and Investigation of Thiol Selectivity
플루오레세인 유도체의 합성 및 상기 유도체의 티올 선택성을 조사하기 위해 사용한 화합물들은 특별한 언급이 없는 한 구입하여 별도의 정제 없이 사용하였다.Compounds used for the synthesis of fluorescein derivatives and the thiol selectivity of the derivatives were purchased and used without further purification unless otherwise noted.
크로마토그래피는 silica gel 60(230-400 mesh ASTM; Merck)에서 실시하였다. Thin layer chromatography(TLC)는 Merck 60 F254 플레이트(두께: 0.25 mm)를 사용하였다. Preparative TLC는 Merck 60 F254 플레이트(두께: 1 mm)를 사용하였다. 1H NMR 및 13C NMR 스펙트럼은 Bruker 250를 이용하여 기록하였다. 질량 스펙트럼은 Jeol JMS 700 high resolution mass spectrometer에서 얻었다. UV 흡수 스펙트럼은 UVIKON 933 Double Beam UV/VIS Spectrometer에서 얻었다. 형광 방출 스펙트럼은 RF-5301/PC Spectrofluorophotometer (Shimadzu)에서 얻었다.
Chromatography was performed on silica gel 60 (230-400 mesh ASTM; Merck). Thin layer chromatography (TLC) was used Merck 60 F 254 plate (thickness: 0.25 mm). Preparative TLC used a Merck 60 F 254 plate (thickness: 1 mm). 1 H NMR and 13 C NMR spectra were recorded using
<제조예 1> 플루오레세인 유도체의 합성Preparation Example 1 Synthesis of Fluorescein Derivatives
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
상기 식에서 플루오레세인 모노알데히드(2)는 이미 보고된 방법에 따라 합성하였다(J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15949-15958). 플루오레세인(4 g, 12 mmol), 10 mL CHCl3, 6 mL MeOH 및 0.06 g 15-crown-5를 100 mL-플라스크에 넣었다. 20 g의 50% NaOH 용액(50%)을 주의하여 첨가하는 한편, 반응 온도는 55℃에서 유지하였다. 혼합물은 이 온도에서 5시간 동안 교반하였다. 냉각 후, 상기 혼합물에 10M H2SO4를 처리하여 산성화하였다. 침전물을 수집하고 진공 건조하였다. 실리카겔 크로마토그래피를 실시하고(15:85 EtOAc:DCM), CH3OH에서 결정화하여 엷은 노란색 고형체 산물 1.13 g을 얻었다(수율: 26%). Fluorescein monoaldehyde (2) in the above formula was synthesized according to the previously reported method ( J. Am. Chem. Soc . 2005, 127, 15949-15958). Fluorescein (4 g, 12 mmol), 10 mL CHCl 3 , 6 mL MeOH and 0.06 g 15-crown-5 were placed in a 100 mL-flask. 20 g of 50% NaOH solution (50%) were carefully added while the reaction temperature was maintained at 55 ° C. The mixture was stirred at this temperature for 5 hours. After cooling, the mixture was acidified by treatment with 10M H 2 SO 4 . The precipitate was collected and dried in vacuo. Silicagel chromatography (15:85 EtOAc: DCM) and crystallization in CH 3 OH gave 1.13 g of a pale yellow solid product (yield: 26%).
1H NMR (소량의 CD3OD를 포함한, 250 MHz) δ(ppm): 10.59 (1H, s), 7.95 (1H, d, J = 7.5 Hz), 7.69-7.56 (2H, m), 7.12 (1H, d, J = 7.5 Hz), 6.82 (1H, d, J = 9.0 Hz), 6.71 (1H, s), 6.55 (1H, d, J = 9.0 Hz), 6.54 (2H, s).
1 H NMR (250 MHz, with small amount of CD 3 OD) δ (ppm): 10.59 (1H, s), 7.95 (1H, d, J = 7.5 Hz), 7.69-7.56 (2H, m), 7.12 ( 1H, d, J = 7.5 Hz), 6.82 (1H, d, J = 9.0 Hz), 6.71 (1H, s), 6.55 (1H, d, J = 9.0 Hz), 6.54 (2H, s).
다음으로, 상기 식의 화합물 1을 제조하기 위해, 테트라하이드로퓨란 (THF, 10 mL)에 녹인 플루오레세인 모노알데히드(360 mg, 1 mmol), 2-사이클로펜텐-1-온(164 mg, 2 mmol) 및 이미다졸(68 mg, 1 mmol) 용액과 탈이온수(10 mL)를 혼합하였다. 상기 혼합물은 실온에서 72시간 동안 교반하였다. 감압 하에서 증발한 후, 최종 혼합물은 에틸 아세테이트로 추출하였다(3×5 mL). 유기층을 감압 하에서 농축하였다. 에틸 아세테이트 및 헥산(60:40)을 용출용매로 사용하여 미정제 추출물의 실리카겔 크로마토그래피를 실시하고, CH3OH/H2O(50:50, v/v)를 이용하여 결정화하여 노란색의 화학식 1의 화합물 90 mg(수율: 21%)을 얻었다. Next, to prepare
1H NMR (DMSO-d 6, 250 MHz) δ(ppm): 10.31 (1H, s), 8.75 (1H, d, J = 7.5 Hz), 7.88-7.78 (2H, m), 7.69 (1H, s), 7.37 (1H, t, J = 7.5 Hz), 6.79 (1H, d, J = 8.25 Hz), 6.80-6.76(2H, m), 6.67-6.65 (2H,m), 5.46 (1H, t, J = 8 Hz), 2.79-2.65 (2H, m), 2.20-2.00 (2H, m). 1 H NMR (DMSO- d 6, 250 MHz) δ (ppm): 10.31 (1H, s), 8.75 (1H, d, J = 7.5 Hz), 7.88-7.78 (2H, m), 7.69 (1H, s ), 7.37 (1H, t, J = 7.5 Hz), 6.79 (1H, d, J = 8.25 Hz), 6.80-6.76 (2H, m), 6.67-6.65 (2H, m), 5.46 (1H, t, J = 8 Hz), 2.79-2.65 (2H, m), 2.20-2.00 (2H, m).
13C NMR (DMSO-d 6, 62.5 MHz) δ(ppm): 200.7, 168.4, 159.6, 156.2, 151.7, 151.4, 151.1, 149.1, 135.7, 131.8, 131.7, 131.4, 130.3, 129.0, 126.2, 124.7, 124.1, 120.0, 113.2, 112.6, 112.5, 110.4, 109.3, 109.0, 102.7, 82.3, 81.9, 75.6, 36.7, 27.4. 13 C NMR (DMSO- d 6 , 62.5 MHz) δ (ppm): 200.7, 168.4, 159.6, 156.2, 151.7, 151.4, 151.1, 149.1, 135.7, 131.8, 131.7, 131.4, 130.3, 129.0, 126.2, 124.7, 124.1 , 120.0, 113.2, 112.6, 112.5, 110.4, 109.3, 109.0, 102.7, 82.3, 81.9, 75.6, 36.7, 27.4.
FAB MS m/z = 425.1026 [M + H]+, calc. for C26H17O6 = 425.1025.
FAB MS m / z = 425.1026 [M + H] + , calc. for C 26 H 17 O 6 = 425.1025.
상기에서와 같이, 형광 프로브 화학식 1의 화합물은 반응식 1에 나타난 바와 같이 합성하였다. 플루오레세인-모노알데히드는 THF에 녹인 이미다졸(Baylis-Hillman 및 분자내 Michael addition reactions)의 존재 하에서 2-사이클로펜테논(2-cyclopentenone)과 반응하여 상기 형광 프로브 1을 21% 수율로 합성하였다.
As above, the fluorescent probe compound of
<제조예 2> 형광 실험을 위한 아미노산 용액의 제조Preparation Example 2 Preparation of Amino Acid Solution for Fluorescence Experiment
아미노산 및 다른 분석물질들, 즉, Cys, Hcy, GSH, Gly, Phe, Ser, Glu, Lys, Arg, His, Ala, Gln, Met, Tyr 및 시스틴(cystine)은 증류수에 녹여 스톡 용액(10 mM)을 제조하였다. 화합물 1의 스톡 용액(1 mM)은 아세토니트릴에 녹여 제조하였다. 하기 실험에서, 시험용액은 30㎕의 프로브 스톡 용액을 시험관에 넣고, 0.01 M HEPES (pH 7.4)를 첨가하여 3 mL로 희석하고, 각 분석물질 스톡 용액의 적절한 완충용액을 첨가하여 제조하였다. 일반적으로, 여기 파장은 485 nm로 하였다. 여기 및 방출 슬릿의 너비는 1.5nm/1.5 nm이다. 형광 스펙트럼은 5분 동안 분석물질 첨가 후 측정하였다. Amino acids and other analytes, ie Cys, Hcy, GSH, Gly, Phe, Ser, Glu, Lys, Arg, His, Ala, Gln, Met, Tyr and cystine are dissolved in distilled water and stock solution (10 mM) ) Was prepared. Stock solution of Compound 1 (1 mM) was prepared by dissolving in acetonitrile. In the following experiments, test solutions were prepared by placing 30 μl of probe stock solution in a test tube, diluted to 3 mL by adding 0.01 M HEPES (pH 7.4), and adding the appropriate buffer of each analyte stock solution. In general, the excitation wavelength was 485 nm. The width of the excitation and emission slits is 1.5 nm / 1.5 nm. Fluorescence spectra were measured after addition of the analyte for 5 minutes.
GSH의 저 농도 적정을 위해, GSH를 5분 동안 첨가 후 형광 스펙트럼을 측정하였고, 여기 및 방출 슬릿 너비는 각각 3 nm 및 1.5 nm로 하였다.
For low concentration titration of GSH, fluorescence spectra were measured after addition of GSH for 5 minutes, and the excitation and emission slit widths were 3 nm and 1.5 nm, respectively.
<실험예 1> 본 발명의 플루오레세인 유도체(화학식 1의 화합물)의 수용액 내 티올 검출Experimental Example 1 Detection of Thiol in Aqueous Solution of Fluorescein Derivative (Compound 1) of the Present Invention
도 1은 HEPS 완충용액(20 mM, pH 7.4, 1% CH3CN)에서 다양한 분석물질들(100 mM), 즉, Cys, Hcy, GSH, Gly, Phe, Ser, Glu, Lys, Arg His, Ala, Gln, Met, Tyr 및 시스틴에 대한 화학식 1의 화합물(10μM)의 형광 스펙트럼 (λex = 485 nm, slit: 1.5 nm/1.5 nm) (a) 및 UV/Vis 흡수 스펙트럼(b)을 나타낸 것이다. 1 shows various analytes (100 mM) in HEPS buffer (20 mM, pH 7.4, 1% CH 3 CN), ie Cys, Hcy, GSH, Gly, Phe, Ser, Glu, Lys, Arg His, Shows fluorescence spectra (λ ex = 485 nm, slit: 1.5 nm / 1.5 nm) (a) and UV / Vis absorption spectra (b) of compound of formula 1 (10 μM) for Ala, Gln, Met, Tyr and cystine will be.
도 1에 나타난 바와 같이, 화학식 1의 화합물은 HEPES 완충용액에서 티올 함유 분석물질(Cys, Hcy 및 GSH)의 존재 하에서 형광(λmax = 520 nm), 및 UV-Vis 스펙트럼의 증가를 나타냈다. 그러나, 티올이 없는 분석물질(Gly, Phe, Ser, Glu, Lys, Arg, His, Ala, Gln, Met, Tyr 및 시스틴)은 같은 조건에서 형광 강도 및 UV-Vis 스펙트럼에서 거의 변화가 없었다. As shown in FIG. 1, the compound of
또한, 10 당량의 Cys, Hcy 및 GSH를 화학식 1의 화합물에 첨가한 후 관찰된 형광 증가는 각각 95.46 및 61 배 정도 컸다.
In addition, the fluorescence increase observed after addition of 10 equivalents of Cys, Hcy and GSH to the compound of
다음으로, 화학식 1의 화합물의 형광 반응을 추가로 실험하기 위해 전형적인 생물학적 티올인 GSH를 사용하였다. 도 2는 HEPES 완충용액(20 mM, pH 7.4, 1% CH3CN)에서 농도별 GSH(0, 2, 4, 6, 8, 10, 20, 40 및 100 μM) 에서 화학식 1의 화합물(10μM)의 형광(a) 및 흡수(b) 스펙트럼을 나타낸 것으로(λex= 485 nm, slit: 1.5 nm/1.5 nm), 각 스펙트럼은 화학식 1의 화합물에 GSH를 첨가한 후 5분째에 기록한 것이다.Next, GSH, which is a typical biological thiol, was used to further test the fluorescence reaction of the compound of
화학식 1의 화합물은 GSH가 없는 상태에서 전혀 형광을 나타내지 않았다. 그러나, GSH 첨가 시 형광 스펙트럼에서의 극적인 변화가 일어났다. 520nm에서 새로운 강한 방출 피크가 나타났고, 61배까지 형광강도의 증가가 관찰되었다. 부수적으로, 454nm에서 점차적인 흡수 피크의 감소가 있었고, GSH 첨가 시 500 nm 주변에서 새로운 흡수 피크가 관찰되었다(도 2b). 467 nm에서 뚜렷한 등흡광점이 확인되었다. 이는 화학식 1의 화합물과 GSH 처리 시 새로운 산물이 형성되었음을 뜻하는 것이다(vide infra).
The compound of
GSH에 대한 화학식 1의 화합물의 검출 한계를 조사하기 위해, CH3CN-HEPES 완충용액(0. 02 M, pH 7.4) (1:99, v/v)에서 저농도의 GSH를 첨가함에 따른 화학식 1의 화합물(1μM)의 형광 적정 결과(a) (여기파장: 485 nm, slit: 3 nm/1.5 nm)와, CH3CN-HEPES 완충용액(0. 02 M, pH 7.4) (1:99, v/v)에서 농도별 GSH(50 ~ 350 nM)를 첨가함에 따른 화학식 1의 화합물(1μM)의 520 nm 에서 형광 강도 변화(b)를 도 3에 나타내었다. To investigate the detection limit of the compound of
화학식 1의 화합물의 형광 강도는 GSH 농도(0 - 350 nM)에 직선으로 비례하였고, 53 nM의 낮은 농도의 GSH일 때 시그널 대 노이즈 비가 3을 갖는 화학식 1의 화합물을 이용하여 검출하였다.
The fluorescence intensity of the compound of
티올에 대한 화학식 1의 화합물의 시간별 형광 반응을 pseudo-first-order kinetic 조건 하에서(10 μM 화학식 1의 화합물 및 500 μM 티올) 520 nm에서 모니터하였다. The hourly fluorescence response of the compound of
이들 조건 하에서, pH 7.4에서 관찰된 속도 상수(k obs)는 Cys, Hcy 및 GSH에 대해 각각 36.5, 8.0 및 11.5 min-1 인 것으로 나타났다.
Under these conditions, the rate constants ( k obs ) observed at pH 7.4 were found to be 36.5, 8.0 and 11.5 min −1 for Cys, Hcy and GSH, respectively.
티올에 대한 화학식 1의 화합물의 형광 반응에 대한 pH의 효과를 조사하기 위해, 티올에 의해 유도된 화학식 1의 화합물의 형광 강도 변화를 pH 별로 측정하였다. 도 4는 다른 pH에서 GSH 유무에 따른 화학식 1의 화합물의 520nm에서의 형광 강도를 나타낸 것이다(CH3CN-H2O(1:99, v/v) 시스템에서 10 μM의 화학식 1의 화합물; λex= 485 nm; Slit: 1.5 nm/1.5 nm).In order to investigate the effect of pH on the fluorescence reaction of the compound of
GSH가 없는 경우, 화학식 1의 화합물은 Ph 2.5-11.3 범위에서 형광 강도 변화는 거의 없었다(도 4). 프로브에 GSH를 첨가한 경우, pH 5 이상에서 강한 형광이 검출되었으며, 이는 생리학적 조건(pH 7.4) 하에서 화학식 1의 화합물이 분석물질에 대해 반응함을 의미하는 것이다.
In the absence of GSH, the compound of
검출 메커니즘에 있어서, 프로브에서 α,β-불포화 케톤에 티올의 1,4-첨가 후 플루오레세인의 스피로 개환이 일어나는 것이 형광 증가 및 UV-Vis 스펙트럼 변화에 영향을 주는 것 같다(반응식 2). 이러한 메커니즘이 타당한지를 시험하기 위해, 우선 티올과 화학식 1의 화합물 간의 결합 이벤트의 화학양론학을 측정하였다. 도 5는 CH3CN/HEPES (20 mM) (1:99, v/v) 용액(pH 7.4)에서 화학식 1의 화합물 및 GSH 간의 반응에 대한 Job's plot을 나타낸 것으로, 화학식 1의 화합물 및 GSH의 총 농도는 10μM에서 일정하게 유지되게 하였다.In the detection mechanism, the spiro ring opening of fluorescein after 1,4-addition of thiol to the α, β-unsaturated ketone in the probe seems to affect the increase in fluorescence and UV-Vis spectral change (Scheme 2). To test the validity of this mechanism, the stoichiometry of the binding event between thiol and the compound of
도 5에 나타난 바와 같이, Job's plot 으로부터 얻은 결과에 따르면, 1 및 GSH 간의 화학양론은 1:1이었다.
As shown in FIG. 5, according to the results obtained from the Job's plot, the stoichiometry between 1 and GSH was 1: 1.
또한, CH2Cl2에서 화학식 1의 화합물과 2-머캅토에탄올 간의 반응으로부터 얻은 산물의 질량 스펙트로메트리 분석에 의해 화학식 1의 화합물-티올 부가물의 형성이 뒷받침될 수 있다. In addition, mass spectrometry analysis of the product obtained from the reaction between the compound of
도 6은 화학식 1의 화합물 및 4 당량의 2-머캅토에탄올을 혼합하여 얻은 산물의 FAB 질량 스펙트럼을 나타낸 것으로, 즉, [1-머캅토에탄올 + H+]+에 해당하는 503.12에서의 피크가 명확히 관찰되었다.
FIG. 6 shows the FAB mass spectrum of the product obtained by mixing the compound of
또한, NMR 분광 분석 역시, 화학식 1의 화합물의 α,β-불포화 케톤의 1,4-티올 첨가에 대한 증거를 제공한다. DMSO-d 6에서 화학식 1의 화합물에 4 당량의 2-머캅토에탄올을 첨가할 경우, 2-사이클로펜테논에 의해 에테르화된 플루오레세인의 페놀 그룹이 티올에 의한 친핵성 공격으로 인해 방출되었다(반응식 2, 도 7). 최종 플루오레세인 형광단은 수용 메디아에서 강항 형광을 나타냈다.
In addition, NMR spectroscopic analysis also provides evidence for 1,4-thiol addition of α, β-unsaturated ketones of the compound of formula (1). When 4 equivalents of 2-mercaptoethanol was added to the compound of
<실험예 2> 화학식 1의 화합물의 포유동물 세포에서의 티올 검출Experimental Example 2 Detection of Thiol in Mammalian Cells of Compound of
쥐의 P19 태아성 암세포(Murine P19 carcinoma embryonic cells)는 배양 배지(10% FBS, 50 unit/mL 페니실린, 및 50 g/mL 스트렙토마이신이 포함된 DMEM)에서 37℃에서, 항습배양기에서 배양하고, 매일 신선한 배지로 배양 배지를 교체하였다. 상기 세포를 배양 배지 1mL 당 104 세포수의 밀도로 3-웰 플레이트에 씨딩하였다. 24시간 후, 상기 세포에 50μM NMM를 배양배지에 첨가하거나 그렇지 않고 37℃에서 20분 동안 처리하였다. PBS(phosphate buffered saline)로 세척하여 남아있는 NMM를 제거한 후, 배양 배지에 20μM 화학식 1의 화합물을 첨가하여 37℃에서 30분 동안 추가로 배양하였다. 상기 세포는 형광 현미경에서 이미지화 하였다(Nicon Eclipse TE2000; 여기 필터; 450-490 nm, 방출 필터; 520 nm). Murine P19 carcinoma embryonic cells were cultured in an incubator at 37 ° C. in culture medium (DMEM with 10% FBS, 50 unit / mL penicillin, and 50 g / mL streptomycin), The culture medium was replaced with fresh medium every day. The cells were seeded in 3-well plates at a density of 10 4 cells per mL of culture medium. After 24 hours, the cells were treated with 50 μM NMM in the culture medium or else at 37 ° C. for 20 minutes. After washing with PBS (phosphate buffered saline) to remove the remaining NMM, 20μM compound of
<실험예 3> 화학식 1의 화합물의 제브라피쉬에서의 티올 검출Experimental Example 3 Detection of Thiols in Zebrafish of the Compound of
제브라피쉬를 28℃에서 유지하고, 최적 번식 조건에서 유지하였다. 교미를 위해, 수컷 및 암컷 제브라피쉬를 한 탱크 내에 유지하고, 28℃, 12시간/12시간 명암주기를 유지하였으며, 산란은 아침에 광 자극을 제공하여 유도하였다(Yang et al. Nat. Protocols 2007, 2, 1740-1745). 거의 모든 알들이 즉시 수정되었다. 3일령 제브라피쉬를 E3 배아 배지(15 mM NaCl, 0.5 mM KCl, 1 mM MgSO4, 1 mM CaCl2, 0.15 mM KH2PO4, 0.05 mM Na2HPO4, 0.7 mM NaHCO3, 10-5% 메틸렌 블루; pH 7.5)에서 유지하였다. 상기 제브라피쉬는 40μM NMM의 유무에 따라 E3 배지에서 28℃에서 30분간 배양하였다. E3 배지로 세척하여 남아있는 NMM을 제거한 후, 상기 제브라피쉬는 E3 배지에서 20μM 화학식 1의 화합물과 함께 28℃에서 30분 동안 추가로 배양하였다. E3 배지로 세척한 후, 상기 제브라피쉬는 형광 현미경 하에서 이미지화 하였다.
The zebrafish was maintained at 28 ° C. and maintained at optimal breeding conditions. For mating, male and female zebrafish were kept in one tank, maintained at 28 ° C., 12/12 hour light cycle, and spawning was induced by providing light stimulation in the morning (Yang et al. Nat.
<실험예 4> 화학식 1의 화합물의 제브라피쉬 기관에서의 티올 검출Experimental Example 4 Detection of Thiols in the Zebrafish Organ of the Compound of
성체 제브라피쉬(확인 가능한 기관이 형성되어 있는 3월령 된 것)는 E3 배지에서 5μM 화학식 1의 화합물에 28℃에서 5분 및 60분 동안 노출하였다. E3 배지로 세척하여 남아있는 화학식 1의 화합물을 제거한 후, 상기 제브라피쉬를 절개하여 조직 및 기관들을 분리하고, 형광 현미경 및 해부 현미경(Stemi 2000-C, ZAISS, Germany)에서 이미지화 하였다. Adult zebrafish (3 month old with identifiable organs) were exposed to 5 μM compound of
상기 실험예 2 내지 4에 있어서, 화학적 및 분광학적 특징때문에, 화학식 1의 화합물은 생체 세포 및 기관에서 티올을 확인하기에 적합하다. 이를 시험하기 위해, 쥐의 P19 태아성 암세포 및 3일령된 제브라피쉬와 화학식 1의 화합물(20μM)과 함께 배양하였다. 도 8은 포유동물 세포 및 기관들의 위상차 현미경 이미지 및 형광 이미지를 나타낸 것으로, (a)는 쥐의 P19 태아성 암세포에 20μM의 화학식 1의 화합물을 30분 동안 처리한 결과이고, (b)는 P19 태아성 암세포를 50μM NMM 에서 20분간 전처리한 후 20μM의 화학식 1의 화합물을 30분 동안 처리한 결과이고(왼쪽: 위상차 현미경 이미지; 중간은 형광 이미지; 오른쪽은 병합 이미지임), (c)는 3일령된 제브라피쉬를 20μM의 화학식 1의 화합물과 함께 배양한 결과이고, (d)는 3일령된 제브라피쉬를 40μM NMM과 30분 동안 전처리한 후 20μM 화학식 1의 화합물을 1시간 동안 처리한 결과이다(상단: 위상차 현미경 이미지; 하단: 형광 이미지임).In Experimental Examples 2 to 4, due to chemical and spectroscopic characteristics, the compound of
세포 및 제브라피쉬에서 강한 형광이 나타났다 (도 8a 및 8c). 그러나, 세포 및 제브라피쉬를 티올 종의 트랩핑 제제인 N-methylmaleimide (NMM) (40 - 50μM)로 전처리할 경우, 형광 강도의 현저한 감소가 관찰되었고, 이는 화학식 1의 화합물에 의한 티올의 특이 검출을 뜻하는 것이다 (도 8b 및 8d). Strong fluorescence was seen in the cells and zebrafish (FIGS. 8A and 8C). However, when the cells and zebrafish were pretreated with N-methylmaleimide (NMM) (40-50 μM), a trapping agent of thiol species, a significant decrease in fluorescence intensity was observed, which was specific detection of thiol by the compound of formula (1). It means (Fig. 8b and 8d).
또한, 화학식 1의 화합물을 이용하여 제브라피쉬에서 티올을 분석하였다. 제브라피쉬는 5μM 화학식 1의 화합물에 1시간 동안 노출되었으며, 절개하여 조직 및 기관을 분리하고 형광 현미경을 이용하여 시험하였다. 화학식 1의 화합물에 의해 눈, 담낭, 알 및 지느러미에서 티올 종이 강하게 검출되었고, 뇌에서는 약하게 확인되었다(도 9). 이들 in vivo 실험 결과 화학식 1의 화합물은 세포막과 어류에 침투하고 티올과 반응하여 형광 산물을 형성할 수 있음을 나타내는 것이다.In addition, thiol was analyzed in zebrafish using the compound of
상기 결과로부터, 본 발명은 티올 함유 물질 검출을 위한 높은 선택성과 민감성을 갖는 신규한 플루오레세인 유도체 형광 프로브를 제공하며, 형광 증가 및 UV-Vis 스펙트럼 변화는 형광 프로브 내 α,β-불포화 케톤의 1,4번 위치에 티올이 첨가됨으로써 티오에테르를 형성한 탓으로 사료된다. From the above results, the present invention provides a novel fluorescein derivative fluorescence probe with high selectivity and sensitivity for detecting thiol-containing substances, wherein the fluorescence increase and UV-Vis spectral change are dependent on the α, β-unsaturated ketone in the fluorescent probe. It is considered that thioether was formed by adding thiol at
Claims (14)
[화학식 1]
상기 식에서,
R1, R2, R3 및 R5는 수소이고,
R4는 하이드록시이고,
P, Q, X, Y 및 Z는 산소원자이며,
n은 2를 나타낸다.
Compound represented by the following formula (1):
[Formula 1]
In this formula,
R 1 , R 2 , R 3 and R 5 are hydrogen,
R 4 is hydroxy,
P, Q, X, Y and Z are oxygen atoms,
n represents 2.
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 1]
상기 식에서,
R1, R2, R3 및 R5는 수소이고,
R4는 하이드록시이고,
P, Q, X, Y 및 Z는 산소원자이며,
n은 2이고,
R'는 5환원의 시클로알케닐을 나타낸다.
Method for preparing a compound of formula 1 comprising the step of reacting a compound represented by the formula (2) and a compound represented by the formula (3) under a solvent:
(2)
(3)
[Formula 1]
In this formula,
R 1 , R 2 , R 3 and R 5 are hydrogen,
R 4 is hydroxy,
P, Q, X, Y and Z are oxygen atoms,
n is 2,
R 'represents a 5-membered cycloalkenyl.
용매는 테트라하이드로퓨란, 디클로로메탄 및 아세톤니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 화학식 1의 화합물의 제조방법.
The method of claim 5,
The solvent is at least one selected from the group consisting of tetrahydrofuran, dichloromethane and acetonitrile.
[화학식 1]
상기 식에서,
R1, R2, R3 및 R5는 수소이고,
R4는 하이드록시이고,
P, Q, X, Y 및 Z는 산소원자이며,
n은 2를 나타낸다.
Sensor for detecting thiol comprising a compound of Formula 1
[Formula 1]
In this formula,
R 1 , R 2 , R 3 and R 5 are hydrogen,
R 4 is hydroxy,
P, Q, X, Y and Z are oxygen atoms,
n represents 2.
[화학식 1]
상기 식에서,
R1, R2, R3 및 R5는 수소이고,
R4는 하이드록시이고,
P, Q, X, Y 및 Z는 산소원자이며,
n은 2를 나타낸다.
A thiol detecting composition comprising a compound of Formula 1
[Formula 1]
In this formula,
R 1 , R 2 , R 3 and R 5 are hydrogen,
R 4 is hydroxy,
P, Q, X, Y and Z are oxygen atoms,
n represents 2.
[화학식 1]
상기 식에서,
R1, R2, R3 및 R5는 수소이고,
R4는 하이드록시이고,
P, Q, X, Y 및 Z는 산소원자이며,
n은 2를 나타낸다.
A method for detecting a thiol comprising the step of reacting a compound represented by Formula 1 with a thiol:
[Formula 1]
In this formula,
R 1 , R 2 , R 3 and R 5 are hydrogen,
R 4 is hydroxy,
P, Q, X, Y and Z are oxygen atoms,
n represents 2.
수용액 내에서 화학식 1의 화합물과 티올 화합물을 반응시키는 티올을 검출하는 방법.
10. The method of claim 9,
A method for detecting thiols by reacting a compound of Formula 1 with a thiol compound in an aqueous solution.
수용액의 pH가 5 내지 12인 티올을 검출하는 방법.
The method of claim 10,
A method for detecting thiols having an aqueous pH of 5 to 12.
화학식 1의 화합물을 인간을 제외한 동물의 생체 내에 투여하여 생체 내 형광 강도를 측정하는 티올을 검출하는 방법.
10. The method of claim 9,
A method of detecting a thiol which measures the fluorescence intensity in vivo by administering the compound of Formula 1 to an animal body other than a human.
생체는 어류, 생쥐, 집쥐, 기니피그, 토끼, 고양이, 개, 양, 돼지, 소, 원숭이, 비비, 또는 침팬지인 티올을 검출하는 방법.
The method of claim 12,
The living body detects a thiol which is a fish, mouse, mouse, guinea pig, rabbit, cat, dog, sheep, pig, cow, monkey, baboon, or chimpanzee.
티올 검출은 형광 강도의 증가를 측정하는 것인 티올을 검출하는 방법.10. The method of claim 9,
Thiol detection is a method of detecting thiols which measures the increase in fluorescence intensity.
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