CN107266417A - 一种吲哚乙烯取代喹啉类衍生物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有式(I)所示结构的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物,通过在喹啉位引入吲哚‑2‑甲醛并以此为母体选择特定的取代基得到一系列式(I)所示结构的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物,实验结果表明,本发明所述的式(I)所示结构的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物作为荧光探针时,与G‑四链体具有较强的作用力,同时与其他二级结构的核酸作用较弱;具体的,将该探针与不同二级结构的核酸混合时,如果该核酸是G‑四链体结构时,其与探针分子间的特异性作用,产生荧光光谱的改变。当核酸的二级结构为其他结构时,则不会产生明显的信号变化。
Description
技术领域
本发明涉及荧光探针领域,尤其涉及一种吲哚乙烯取代喹啉类衍生物及其制备方法和应用。
背景技术
核酸不但是一切生物细胞的基本成分,还对生物体的生长、发育、繁殖、遗传及变异等重大生命现象起主宰作用。核酸大分子分为两类:脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),在蛋白质的复制和合成中起着储存和传递遗传信息的作用。
G-四链体(G-quadruplex)是一种特殊的核酸二级结构。人类基因组中很多富鸟嘌呤区域具有形成这一结构的能力,包括端粒末端鸟嘌呤重复序列,以及多种基因的启动子区域,如c-kit、c-myc、c-myb、bcl-2、PDGF、kRAS、VEGF、Rb和胰岛素基因等。G-四链体结构具有多态性,链的数量和取向、loop的连接方式以及鸟嘌呤的糖苷扭转角以及与羰基负电中心配位的金属离子等多方面决定了G-四链体的类型和构象,这些差异性也为蛋白和小分子化合物提供了多个识别位点。根据链的取向不同,G-四链体分为正平行,反平行与混合型三种构象。
G-四链体结构的形成对于体内的一系列生理过程都存在调控作用。研究证明,某些启动子区域的G-四链体结构会显著影响基因的转录和翻译水平,因此G-四链体结构被认为是起到分子开关的功能,其形成和拆散可能涉及到信号传导、细胞凋亡和细胞增殖等一系列体内重要的生理过程。所以,在体内或者体外试验中,能够特异性地检测出G-四链体结构的存在或者形成,对于研究G-四链体结构的相关生物学功能以及开发以G-四链体结构为靶点的抗癌药物等方面都具有非常重要的作用。
随着生物技术的发展,对于核酸标记的要求越来越高,以往通过同位素效应来进行DNA分子测序的方法已经无法满足需求,而荧光标记作为一种具有检测速度快、重复性好、用样量少、无辐射等优点的标记技术受到广泛重视,并取得迅速发展。目前已经发现的荧光染色剂有卟啉类、菁类、苯乙烯类等。但是目前公开的荧光剂用于核酸标记时,并不能区分G-四链体结构与其它二级核酸结构。
发明内容
有鉴于此,本发明所要解决的技术问题在于提供一种吲哚乙烯取代喹啉类衍生物及其制备方法和应用,本发明提供的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物作为荧光探针能够特异性地检测识别G-四链体结构,实现了G-四链体结构与其它核酸二级结构的区分。
本发明提供了一种吲哚乙烯取代喹啉类衍生物,具有式(I)所示结构,
其中,R1、R3独立的选自H、卤素、羟基、C1~C6的烷氧基、C2~C15的亚胺基、C1~C6的烷基;
R4选自C1~C6的烷基;
R2选自哌啶基、吗啉基、吡咯基或NR5R6;
R5、R6独立的选自H、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2OH、-CH2CH2CH2OH、式(R-1)、式(R-2)、式(R-3)、式(R-4)或式(R-5),
且R5、R6不同时为H。
优选的,所述R1选自H、F、Cl、Br、-OH、-OCH3、-N(CH3)2或C1-C6的烷基。
优选的,所述R3选自H、F、Cl、Br、-OH、-OCH3、-N(CH3)2或C1-C6的烷基。
优选的,所述R4选自甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基。
优选的,所述吲哚乙烯取代喹啉类衍生物为式(I-a)、式(I-b)、式(I-c)、式(I-d)或式(I-e),
本发明还提供了一种吲哚乙烯取代喹啉类衍生物的制备方法,包括:
将式(II)化合物、式(III)化合物、R2-H反应,得到吲哚乙烯取代喹啉类衍生物;
其中,R1、R3独立的选自H、卤素、羟基、C1~C6的烷氧基、C2~C15的亚胺基、C1~C6的烷基;
R4选自C1~C6的烷基;
R2选自哌啶基、吗啉基、吡咯基或NR5R6;
R5、R6独立的选自H、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2OH、-CH2CH2CH2OH、式(R-1)、式(R-2)、式(R-3)、式(R-4)或式(R-5),
且R5、R6不同时为H。
本发明还提供了一种本发明所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物在制备检测核酸G-四链体结构的荧光探针中的应用。
本发明还提供了一种本发明所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物在制备检测水溶液中的核酸G-四链体结构的荧光探针中的应用。
本发明还提供了一种本发明所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物在制备检测琼脂糖凝胶或聚丙烯酰胺凝胶中的核酸G-四链体结构的荧光探针中的应用。
本发明还提供了一种本发明所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物在制备检测细胞中的核酸G-四链体结构的荧光探针中的应用。
与现有技术相比,本发明提供了一种具有式(I)所示结构的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物,通过在喹啉位引入吲哚-2-甲醛并以此为母体选择特定的取代基得到一系列式(I)所示结构的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物,实验结果表明,本发明所述的式(I)所示结构的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物作为荧光探针时,与G-四链体具有较强的作用力,同时与其他二级结构的核酸作用较弱;具体的,将该探针与不同二级结构的核酸混合时,如果该核酸是G-四链体结构时,其与探针分子间的特异性作用,产生荧光光谱的改变。当核酸的二级结构为其他结构时,则不会产生明显的信号变化。
附图说明
图1为式(I-a)化合物探针与da21、dt21、4at、ds26、pu27、RNA六种核酸在1:1浓度下的荧光谱;
图2为式(I-a)化合物探针滴定四链DNA(pu27)的荧光光谱;
图3为式(I-a)化合物探针滴定四链DNA(pu27)的荧光光谱中C与(F-F0)/F0拟合的曲线;
图4为式(I-a)化合物探针与双链DNA(ds26)、G一四链体(pu27、Oxy28、telo21)以及单链DNA(dt21)的聚丙酰胺凝胶电泳图;
图5为染料DAPI染PC3细胞的细胞成像图;
图6为式(I-a)化合物探针染PC3细胞的细胞成像图;
图7为式(I-a)化合物探针与染料DAPI复染PC3细胞的细胞成像图。
具体实施方式
本发明提供了一种吲哚乙烯取代喹啉类衍生物,具有式(I)所示结构,
其中,R1、R3独立的选自H、卤素、羟基、C1~C6的烷氧基、C2~C15的亚胺基、C1~C6的烷基;
R4选自C1~C6的烷基;
R2选自哌啶基、吗啉基、吡咯基或NR5R6;
R5、R6独立的选自H、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2OH、-CH2CH2CH2OH、式(R-1)、式(R-2)、式(R-3)、式(R-4)或式(R-5),
且R5、R6不同时为H。
按照本发明,所述R1优选为H、F、Cl、Br、-OH、-OCH3、-N(CH3)2或C1-C6的烷基,更优选为H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基。
按照本发明,所述R3优选为H、F、Cl、Br、-OH、-OCH3、-N(CH3)2或C1-C6的烷基,更优选为H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基。
按照本发明,所述R4优选为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基。
按照本发明,所述R5、R6优选独立的选自-CH2CH2OH、-CH2CH2CH2OH、式(R-1)、式(R-2)、式(R-3)、式(R-4)或式(R-5),
其中,结构式中中的虚线部分为其与氮的连接部位。
更具体的,所述吲哚乙烯取代喹啉类衍生物为式(I-1)、式(I-2)、式(I-3)、式(I-4)或式(I-5),
本发明还提供了一种吲哚乙烯取代喹啉类衍生物的制备方法,包括:
将式(II)化合物、式(III)化合物、R2-H反应,得到吲哚乙烯取代喹啉类衍生物;
其中,R1、R3独立的选自H、卤素、羟基、C1~C6的烷氧基、C2~C15的亚胺基、C1~C6的烷基;
R4选自C1~C6的烷基;
R2选自哌啶基、吗啉基、吡咯基或NR5R6;
R5、R6独立的选自H、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2OH、-CH2CH2CH2OH、式(R-1)、式(R-2)、式(R-3)、式(R-4)或式(R-5),
且R5、R6不同时为H。
按照本发明,本发明将将式(II)化合物、式(III)化合物、R2-H反应,得到吲哚乙烯取代喹啉类衍生物;其中,各个基团的限定与前述化合物中基团的限定相同,本发明对反应的方法没有特殊要求,本领域公知的用于该类反应的方法均可。
其中,本发明中,所述式(II)化合物优选按照以下方法制备得到,
将式(IV)化合物与R4I反应,得到式(II)结构的化合物;
其中,R3选自H、卤素、羟基、C1~C6的烷氧基、C2~C15的亚胺基、C1~C6的烷基。
其中,本发明对反应的条件没有特殊要求,本领域公知的可用于该类反应的反应条件均可。
本发明还提供了一种本发明所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物在制备检测核酸G-四链体结构的荧光探针中的应用。
本发明还提供了一种本发明所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物在制备检测水溶液中的核酸G-四链体结构的荧光探针中的应用。
本发明还提供了一种本发明所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物在制备检测琼脂糖凝胶或聚丙烯酰胺凝胶中的核酸G-四链体结构的荧光探针中的应用。
本发明还提供了一种本发明所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物在制备检测细胞中的核酸G-四链体结构的荧光探针中的应用。
本发明提供了一种具有式(I)所示结构的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物,其中,通过在喹啉位引入吲哚-2-甲醛并以此为母体选择特定的取代基得到一系列式(I)所示结构的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物,使得本发明所述的式(I)所示结构的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物作为荧光探针时,与G-四链体具有较强的作用力,同时与其他二级结构的核酸作用较弱;具体的,将该探针与不同二级结构的核酸混合时,如果该核酸是G-四链体结构时,其与探针分子间的特异性作用,产生荧光光谱的改变。当核酸的二级结构为其他结构时,则不会产生明显的信号变化。
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:化合物2(4-氯-1,2-二甲基喹啉)的合成
往25ml圆底烧瓶里称取4-氯-2-甲基喹啉0.2g(1.1236mmol),加入碘甲烷,溶剂环丁砜,将混合物加热到40~60℃,反应18个小时后,冷却,加入无水乙醚后震荡,抽滤,固体洗涤数遍,真空干燥后称重,薄层色谱法初步表明没有副产物,得到0.345g纯品2,产率为95.8%。
1H NMR(400MHz,DMSO)δ8.56(d,J=8.4Hz,1H),8.46(d,J=8.3Hz,1H),8.22(t,J=8.1Hz,1H),8.01(t,J=7.9Hz,1H),7.55(s,J=7.4Hz,1H),4.20(s,3H),3.74(s,1H),2.68(s,3H)。
实施例2:化合物(I-a)的合成
称取0.0318g(0.001mol)的化合物2,加入到装有10ml乙醇的圆底烧瓶中,再加入0.217g,即1.5倍摩尔量的吲哚-2-甲醛,室温条件下搅拌5分钟后加入0.6ml吡咯,在80℃下反应5个小时,冷却至室温,向反应后溶液中加入10ml乙酸乙酯,振荡后抽滤,并用少量乙醇洗涤沉淀,真空干燥后得到化合物(I-a),为黄褐色固体0.393g,其结构如下,产率为81.7%。
1H NMR(400MHz,DMSO)δ11.77(s,1H),8.51(d,J=8.4Hz,1H),8.16(d,J=8.8Hz,1H),8.00(t,J=7.8Hz,1H),7.88(d,J=15.8Hz,1H),7.67(t,J=7.7Hz,1H),7.61(d,J=8.0Hz,1H),7.55(d,J=15.8Hz,1H),7.44(d,J=8.2Hz,1H),7.22(t,J=7.4Hz,1H),7.04(dd,J=9.0,5.4Hz,2H),6.92(s,1H),4.12(s,3H),3.98(d,J=31.6Hz,4H),2.06(s,4H)。
实施例3:化合物(I-b)的合成
本实施例的制备方法除了用哌啶代替吡咯外,其余同实施例2,产物为黄褐色固体即为化合物(I-b),其结构式如下,产率为90.2%。
1H NMR(400MHz,DMSO)δ11.82(s,1H),8.27(d,J=8.8Hz,1H),8.11(d,J=8.3Hz,1H),8.06-7.97(m,2H),7.74(t,J=7.6Hz,1H),7.63(dd,J=11.8,9.1Hz,2H),7.53-7.43(m,2H),7.25(t,J=7.6Hz,1H),4.23(s,3H),3.76(s,4H),1.84(s,4H),1.78(s,2H)。
实施例4:化合物(I-c)的合成
本实施例的制备方法除了用吗啉代替吡咯外,其余同实施例2,产物为红褐色固体即为化合物(I-c),其结构式如下,产率83.4%。
1H NMR(400MHz,DMSO)δ11.85(s,1H),8.31(d,J=8.9Hz,1H),8.19(d,J=7.9Hz,1H),8.11-8.02(m,2H),7.75(t,J=7.6Hz,1H),7.66(d,J=3.3Hz,1H),7.63(d,J=4.3Hz,1H),7.57(s,1H),7.47(d,J=8.2Hz,1H),7.26(t,J=7.3Hz,1H),7.07(t,J=7.4Hz,1H),7.00(s,1H),4.27(s,3H),3.91(d,J=4.4Hz,4H),3.80(d,J=4.1Hz,4H).
实施例5:化合物(I-d)的合成
本实施例的制备方法除了用N,N-二乙基乙二胺代替吡咯外,其余同实施例2,产物为红褐色固体即为化合物(I-d),其结构式如下,产率79.5%。
1H NMR(400MHz,DMSO)δ11.79(s,1H),8.92(s,1H),8.48(d,J=8.3Hz,1H),8.19(d,J=9.0Hz,1H),8.03(t,J=7.6Hz,1H),7.88(d,J=15.8Hz,1H),7.76(t,J=7.6Hz,1H),7.61(dd,J=16.1,11.9Hz,2H),7.46(d,J=8.2Hz,1H),7.24(t,J=7.2Hz,1H),7.20(s,1H),7.06(t,J=7.5Hz,1H),6.95(d,J=10.6Hz,1H),4.15(s,3H),3.74(t,J=6.3Hz,2H),2.78(dd,J=7.0,5.6Hz,2H),2.58(dd,J=14.1,7.0Hz,4H),0.95(q,J=7.0Hz,7H)。
实施例6:化合物(I-e)的合成
本实施例的制备方法除了用1-(2-氨乙基)吡咯烷代替吡咯外,其余同实施例2,产物为黄棕色固体即为化合物(I-e),其结构式如下,产率71.8%。
1H NMR(400MHz,DMSO)δ11.78(s,1H),8.54(d,J=8.1Hz,1H),8.20(d,J=8.9Hz,1H),8.05-8.00(m,1H),7.90(d,J=15.8Hz,1H),7.76(t,J=7.6Hz,1H),7.62(t,J=6.2Hz,1H),7.59(d,J=15.8Hz,1H),7.46(d,J=8.1Hz,1H),7.24(t,J=7.6Hz,1H),7.19(s,1H),7.06(t,J=7.5Hz,1H),6.95(s,1H),4.16(s,3H),3.79(t,J=6.4Hz,2H),2.83(t,J=6.4Hz,2H),2.58(s,4H),1.71(s,4H)。
实施例7:核酸选择性
DNA配置:DNA样品购自英骏生物技术有限公司。将DNA适量溶于Tris-HCl的缓冲液中(PH7.4,100mM Tris,60mM KCl)或者Tris-醋酸缓冲中(PH5.5,100mM Tris,60mM KCl),超微量紫外定浓,在95℃下加热5min后缓慢冷却退火到室温作为储存液,4℃储存。
将5mM的式(I-a)化合物储备液稀释成5uM的浓度,再加入不同种类的核酸用荧光分光光度计(狭缝宽度=10,扫描速度=200,Ex=375nm)测出其各自的荧光强度,结果见图1,图1为式(I-a)化合物探针与da21、dt21、4at、ds26、pu27、RNA六种核酸在1∶1浓度下的荧光谱;从图1可以看出式(I-a)化合物对G-四链体DNA即PU27具有较高的荧光强度,而对其他的双链、单链和RNA荧光强度较弱。
DNA序列
实施例8:检测限的测定
将5mM的式(I-a)化合物储备液稀释成5uM的浓度,再在荧光分光光度计(狭缝宽度=10,扫描速度=200,Ex=375nm)扫描,再往其中慢慢加入pu28的DNA做到使其饱和,结果见图2,图2为式(I-a)化合物探针滴定四链DNA(pu27)的荧光光谱,该图为化合物3a对G-四链体的滴定图,由图可知,随着G-四链体的增多,荧光强度不断增加,说明化合物能与G-四链体DNA相结合,且产生较强荧光。
检测限的计算公式
LOD=K×Sb/m
LOD(化合物的检测限),m是浓度C与(F-F0)/F0的所做直线的斜率,Sb为用仪器空白多次测量的标准偏差,K值按照国际纯粹和应用化学联合会建议通常取为3,其中,C与(F-F0)/F0拟合的曲线见图3,图3为式(I-a)化合物探针滴定四链DNA(pu27)的荧光光谱中C与(F-F0)/F0拟合的曲线;测试结果为:式(I-a)化合物的LOD为0.875nM。
实施例9:核酸凝胶电泳实验
先配制1000ml的1×TAE电泳缓冲液,分别称取0.2gBIOWESTAGAROSE(西班牙琼脂糖)和20ml电泳缓冲液于锥形瓶中,微波炉加热煮沸,将煮好的凝胶放入65℃的水浴锅中,待凝胶冷却至65℃时,加入5mM的化合物2uL摇匀,灌制凝胶,待凝胶冷却之后取出梳子和隔板,放入电泳槽中,缓冲液淹没过胶1-2mm为止,DNA样品配成5M(混合液中上样缓冲液为1×),RNA配成5mg/L,分别取10uL加入凝胶点样孔中,将整个电泳仪接通,100V电压跑15min,取出凝胶块,将其置于凝胶电泳仪上观察。结果见图4,图4为式(I-a)化合物探针与双链DNA(ds26)、G-四链体(pu27、Oxy28、telo21)以及单链DNA(dt21)的聚丙酰胺凝胶电泳图;图中电泳数据可以进一步说明,化合物与G-四链体DNA即pu27、telo21、oxy28结合可产生较强的荧光现象,而对双链ds26,单链dt21荧光较弱,说明本发明提供的化合物具有较好的选择性。
实施例10:细胞成像实验
先将细胞接种于6孔板中,使细胞的密度约为1×105个/mL,然后在37℃、5%CO2环境中培养72h。接着弃去上步6孔板中的细胞培养液,用预冷的1×PBS洗3次,然后再加入预冷的纯甲醇1.5mL常温避光放置1min,最后弃去纯甲醇并再用预冷的1×PBS洗3次,加入1mL的5M的化合物然后放置20min。弃去上步6孔板中的化合物溶液,用预冷的1×PBS洗3次,在上述6孔板中加入1M的DAPI溶液1mL并37℃放置2min,然后再用预冷的1×PBS洗6次,每次浸泡5min。在倒置荧光显微镜下观察细胞染色情况。
结果见图5~图7,图5为染料DAPI染PC3细胞的细胞成像图;图6为式(I-a)化合物探针染PC3细胞的细胞成像图;图7为式(I-a)化合物探针与染料DAPI复染PC3细胞的细胞成像图;从图中可以看出,本发明所述化合物作为荧光探针作用于核仁内的DNA,而非RNA,同时也证明了该系列荧光配体能够在细胞体系对G-四链体进行成像和检测。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种吲哚乙烯取代喹啉类衍生物,具有式(I)所示结构,
其中,R1、R3独立的选自H、卤素、羟基、C1~C6的烷氧基、C2~C15的亚胺基、C1~C6的烷基;
R4选自C1~C6的烷基;
R2选自哌啶基、吗啉基、吡咯基或NR5R6;
R5、R6独立的选自H、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2OH、-CH2CH2CH2OH、式(R-1)、式(R-2)、式(R-3)、式(R-4)或式(R-5),
且R5、R6不同时为H。
2.根据权利要求1所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物,其特征在于,所述R1选自H、F、Cl、Br、-OH、-OCH3、-N(CH3)2或C1-C6的烷基。
3.根据权利要求1所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物,其特征在于,所述R3选自H、F、Cl、Br、-OH、-OCH3、-N(CH3)2或C1-C6的烷基。
4.根据权利要求1所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物,其特征在于,所述R4选自甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基。
5.根据权利要求1所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物,其特征在于,所述吲哚乙烯取代喹啉类衍生物为式(I-a)、式(I-b)、式(I-c)、式(I-d)或式(I-e),
6.一种吲哚乙烯取代喹啉类衍生物的制备方法,包括:
将式(II)化合物、式(III)化合物、R2-H反应,得到吲哚乙烯取代喹啉类衍生物;
其中,R1、R3独立的选自H、卤素、羟基、C1~C6的烷氧基、C2~C15的亚胺基、C1~C6的烷基;
R4选自C1~C6的烷基;
R2选自哌啶基、吗啉基、吡咯基或NR5R6;
R5、R6独立的选自H、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2OH、-CH2CH2CH2OH、式(R-1)、式(R-2)、式(R-3)、式(R-4)或式(R-5),
且R5、R6不同时为H。
7.一种权利要求1~5任意一项所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物在制备检测核酸G-四链体结构的荧光探针中的应用。
8.一种权利要求1~5任意一项所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物在制备检测水溶液中的核酸G-四链体结构的荧光探针中的应用。
9.一种权利要求1~5任意一项所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物在制备检测琼脂糖凝胶或聚丙烯酰胺凝胶中的核酸G-四链体结构的荧光探针中的应用。
10.一种权利要求1~5任意一项所述的吲哚乙烯取代喹啉类衍生物在制备检测细胞中的核酸G-四链体结构的荧光探针中的应用。
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