DD293831A5 - PROCESS FOR PREPARING NUCLEOSIDE 5'-O- (1- [EXP35S] THIOPHOSPHATES) HIGH SPECIFIC ACTIVITY - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von * der allgemeinen Formel I mit dem Anwendungsgebiet der Radiochemie, Nucleotidchemie, Nucleinsaeuremarkierung, Nucleinsaeureforschung, Biochemie. Erfindungsgemaesz setzt man N- bzw. OH-geschuetzte Nucleoside mit Phosphinylierungsreagenzien in wasserfreien organischen Loesungsmitteln im UEberschusz um, nach Reinigung des Produktes wird mit elementarem 35S hoher spezifischer Aktivitaet als Oxidationsmittel das gewuenschte 35S-markierte * erzeugt, das nach saeulenchromatografischer Reinigung gegebenenfalls mit Kinase zu * phosphoryliert wird. Formel I{Verfahren; * Radiochemie; Nucleotidchemie; Nucleinsaeuremarkierung; Nucleinsaeureforschung; Biochemie; elementarer 35S; Kinase}The invention relates to a process for the preparation of the formula I with the field of application of radiochemistry, nucleotide chemistry, nucleic acid labeling, nucleic acid research, biochemistry. According to the invention, N- or OH-protected nucleosides are reacted in excess with phosphinylating reagents in anhydrous organic solvents, and after purifying the product, the desired 35S-labeled * is produced with elemental 35S high specific activity as oxidizing agent, which may optionally be added with kinase after purification by column chromatography * is phosphorylated. Formula I {method; * Radiochemistry; nucleotide; nucleic acid label; Nucleinsaeureforschung; Biochemistry; elementary 35S; kinase}
Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 3BS-markierten Desoxyribo-nucleosid- und Ribonucleosid-5'-0-(1-thiophosphaten) hoher spezifischer Radioaktivität der allgemeinen Formel IThe invention relates to a process for the preparation of 3B S-labeled high specific radioactivity deoxyribonucleoside and ribonucleoside 5'-O- (1-thiophosphates) of general formula I.
X-Q-X-Q-
B = Adenin,Thymin, Guanin, Cytosin, Uracil und deren DerivateB = adenine, thymine, guanine, cytosine, uracil and their derivatives
R1 = OH1R2 = OH oder HR 1 = OH 1 R 2 = OH or H
R1 = H, R2 = OH oder HR 1 = H, R 2 = OH or H
X = [35S]-Thiophosphat,1-[35S]-Thiopolyphosphat.X = [ 35 S] thiophosphate, 1- [ 35 S] thiophenol phosphate.
Anwendungsgebiet sind die Nucleotidchemie, Nucleinsäuremarkierung, Nucleinsäureforschung, Radiochemie, Biochemie.Areas of application are nucleotide chemistry, nucleic acid labeling, nucleic acid research, radiochemistry, biochemistry.
Charakterisierung des bekannten Standes der TechnikCharacterization of the known prior art
Aus der Literatur sind chemische, chemisch-enzymatische und enzymatische Syntheseverfahren für Nucleosid-5'-0-(1-thiophosphate) und -(1-thiopolyphosphat) bzw. Oligonucleotide mitThiophosphatbrücken bekannt.Known from the literature are chemical, chemical-enzymatic and enzymatic synthesis methods for nucleoside 5'-O- (1-thiophosphates) and - (1-thiopolyphosphate) and thiophorophosphate oligonucleotides, respectively.
Nichtradioaktive Thiophosphat-Oligonucleotide wurden meist durch die Phosphoramiditesynthesemethode am festen Träger und anschließender Oxidation der Phosphorigsäurediester mit elementarem Schwefel hergestellt (Taylor, I. W.; Schmidt, W.; Corstick, R.; Okruszek, A.; Eckstein, F., Nucleic Acids Res. 13 [1985] 8749); nichtradioaktive Nucleosid-B'-O-ii-thiotriphosphate) wurden durch Umsetzung mit 2-Chloro-4H-1,3,2-benzodioxaphosphorin-4-on und anschließender Hydrolyse hergestellt (Ludwig, J.; Eckstein, F., J. Org. Chemistry 54 [1989] 631).Non-radioactive thiophosphate oligonucleotides were mostly prepared by the phosphoramidite synthesis method on the solid support followed by oxidation of the phosphorous diesters with elemental sulfur (Taylor, IW, Schmidt, W .; Corstick, R., Okruszek, A. Eckstein, F., Nucleic Acids Res. 13 [1985] 8749); nonradioactive nucleoside B'-O-ii-thiotriphosphates) were prepared by reaction with 2-chloro-4H-1,3,2-benzodioxaphosphorin-4-one followed by hydrolysis (Ludwig, J .; Eckstein, F., J. Org. Chemistry 54 [1989] 631).
Synthesen 35S-markierter Nucleosid-5'-0-(1-thiophosphate) erfolgen bekanntermaßen entweder ausgehend von [35S]-Thiophosphat über [35S]-ATP S auf enzymatischem Wege (Eckstein, F.; Biochem. Biophys. Acta 483 [1977] 1-5; Cassidy, P.S.; Kerrick, W. G. L., Biochim Biophys. Acta 565 [1979] 209) oder durch Umsetzung von Nucleosiden mit P35SCI3, anschließende Hydrolyse und enzymatische Phosphorylierung mit einem Kinasegemisch (Bartlett, P.A.; Eckstein, F., J. Biological Chemistry 257 [1982] 8879). P35SCI3 und [35S]-Thiosphosphat sind nur in geringer spezifischer Radioaktivitt kommerziell erhältlich. Wege zu spezifisch hochmarkierten Nucleosid-5'-0-(1-[3SS]-thiophosphaten) und -polyphosphaten sind nicht beschrieben.Syntheses 35 S-labeled nucleoside 5'-O- (1-thiophosphates) are known to be either enzymatically derived from [ 35 S] -thiophosphate via [ 35 S] -ATP S (Eckstein, F. Biochem., Biophys 483 [1977] 1-5; Cassidy, PS; Kerrick, WGL, Biochim Biophys. Acta 565 [1979] 209) or by reacting nucleosides with P 35 SCI 3 , followed by hydrolysis and enzymatic phosphorylation with a kinase mixture (Bartlett, PA; Eckstein, F., J. Biological Chemistry 257 [1982] 8879). P 35 SCI 3 and [ 35 S] thiophosphate are commercially available only in low specific radioactivity. Routes to specifically highly labeled nucleoside 5'-O- (1- [ 3S S] -thiophosphates) and polyphosphates are not described.
Die Erfindung hat das Ziel, ein technisch möglichst einfaches chemisches Verfahren zu entwickeln, das die Herstellung von nmol-Mengen an spezifisch hochmarkierten Nucleosid-5'-0-(1 -[3SS]-thiophosphaten ermöglicht, die gegebenenfalls weiter dann zu Nucleosid-5'-0-(1-[35S]-thiotriphosphaten) in guten Ausbeuten umgesetzt werden können.The aim of the invention is to develop a chemical process which is as simple as possible in the art and which enables the preparation of nmol amounts of specifically highly labeled nucleoside 5'-O- (1 - [ 3S S] -thiophosphates which may then be further added to nucleoside 5'-O- (1- [ 35 S] thiotriphosphates) can be reacted in good yields.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Erfindungsgemäß werden Verbindungen der Formel I hergestellt, indem man N- und OH-geschützte Nucleoside mit Phosphinylierungsreagenzien, beispielsweise Bis-(diisopropylamino)-(2-cyanoethoxy)-phosphin, in wasserfreien organischen Lösungsmitteln wie Dioxan, Pyridin oder Acetonitril unter O2-Ausschluß umsetzt. Dabei entsteht kein Dinucleosidphosphit als Nebenprodukt. Nach Reinigung des Produktes durch Extraktion erfolgt die 35S-Markierung durch elementaren 3SS-Schwefel hoher spezifischer Aktivität > 77 GBq/mA als Oxidationsmittel unter N2-Schutzgas. An einer DEAE-Sephadex A 25-Austauschersäule wird das Produkt gereinigt und nach Isolierung gegebenenfalls mit einem Kinase/Substrat-Gemisch zu Nucleosid-5'-0-(1-[35S]-thiopolyphosphat) phosphorylisiert. In einer anschließenden chromatographischen Reinigung an DEAE-Sephadex A25 wird das gewünschte Produkt isoliert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist technisch einfach durchführbar und führt zu spezifisch hochmarkierten VerbindungenAccording to the invention compounds of formula I are prepared by reacting N- and OH-protected nucleosides with Phosphinylierungsreagenzien, for example bis (diisopropylamino) - (2-cyanoethoxy) phosphine, in anhydrous organic solvents such as dioxane, pyridine or acetonitrile with O 2 exclusion implements. There is no dinucleoside phosphite as by-product. After purification of the product by extraction, the 35 S-labeling is carried out by elemental 3S S-sulfur of high specific activity> 77 GBq / mA as oxidizing agent under N 2 protective gas. On a DEAE-Sephadex A 25 exchange column, the product is purified and, after isolation, optionally with a kinase / substrate mixture, phosphorylated to nucleoside 5'-O- (1- [ 35 S] -thiopolyphosphate). In a subsequent chromatographic purification on DEAE-Sephadex A25, the desired product is isolated. The inventive method is technically easy to carry out and leads to specifically highly labeled compounds
Die folgenden Ausführungsbeispiele erläutern die Erfindung näher: The following exemplary embodiments explain the invention in more detail:
Ausführungsbeispieleembodiments
1. Beispiel1st example
Synthese von Thymidin-5'-0-(1-[35S]-thiotriphosphat)Synthesis of Thymidine-5'-O- (1- [ 35 S] thiotriphosphate)
2,8mg (ΙΟμιηοΙ) 3'-Acethylthymidin wurden zusammen mit 2,4mg (34μιηοΙ) Tetrazol in 400μΙ trockenem Dioxan gelöst. Unter N2-Atmosphäre wurden 18μΙ (60^mol)Bis-(diisopropylamino)-(2-cyanoethoxy)-phosphin hinzugegeben. Nach 3h wurde die Lösung eingeengt, in 500μΙ Methylenchlorid aufgenommen und zweimal mit 500 μΙ 2%iger NaHCO3-Lösung und einmal mit 500 μΙ gesättigter NaCI-Lösung ausgeschüttelt. Die organische Phase wurde mit Na2SO4 getrocknet, abgetrennt und eingeengt. Der Rückstand wurde in N2-Atmosphäre mit 70 μΙ (2 mCi/1 μιτιοΙ) 35S/Pyridin/CS2/NEt3 (v:v:v:1:1:0,1) aufgenommen und über Nacht stehengelassen, eingeengt und 1 h mit 100μΙ konzentrierter Ammoniaklösung bei Raumtemperatur behandelt. Das Reaktionsgemisch wurde über eine DEAE-Sephadex-A25-Säule (V = 5ml) mit kontinuierlichem Gradienten, 20ml 0,15M/20ml 0,5M TEAB gereinigt. Das in den ersten 10ml isolierte Produkt wurde nach dem Einengen in 500μΙ 5OmM Tris-HCI-Puffer aufgenommen und mit 200μΙ eines Enzym-Substrat-Gemisches, das 20mM an KCI, 3OmM an MgCI2,10OmM Phosphoenolpyruvat, 10 mM an ATP, 5 mM an Dithiothreitol sowie 800μg Nucleosidmonophosphat-Kinase aus Rinderleber und 100μg Pyruvatkinase aus Kaninchenmuskel besteht, versetzt. Nach 22 Stunden war Thymidin-5'-0-(1-[35S]-thiotriphosphat mit einer auf 36S Schwefel bezogenen radiochemischen Ausbeute von 28% entstanden. Das Reaktionsgemisch wurde an einer DEAE-Sephadex A25-Säule (V = 5ml) in Bicarbonat-Form mit einem linearen Gradienten von je 20ml 0,15M TEAB/0,7 M TEAB aufgetrennt. [35S]TTPaS wurde mit einer Ausbeute von insgesamt 19% bei einer Pufferkonzentration von 0,5 M isoliert. Die Produktcharakterisierung erfolgte dünnschichtchromatographisch auf Kieselgel der Fa. Merck. RF = 0,16 (LM nPropanol:NH3:H2O:6:3:1)2.8 mg (ΙΟμιηοΙ) of 3'-acetylthymidine were dissolved together with 2.4 mg (34μιηοΙ) tetrazole in 400μΙ dry dioxane. Under N 2 atmosphere, 18 μΙ (60 mol) of bis (diisopropylamino) - (2-cyanoethoxy) phosphine was added. After 3 h the solution was concentrated, taken up in methylene chloride and washed twice with 500μΙ 500 μΙ 2% NaHCO 3 solution and extracted once with 500 μΙ saturated NaCl solution. The organic phase was dried with Na 2 SO 4 , separated and concentrated. The residue was taken up in an N 2 atmosphere with 70 μΙ (2 mCi / 1 μιτιοΙ) 35 S / pyridine / CS 2 / NEt 3 (v: v: v: 1: 1: 0.1) and allowed to stand overnight, concentrated and treated with 100μΙ concentrated ammonia solution at room temperature for 1 h. The reaction mixture was purified on a continuous gradient DEAE-Sephadex A25 column (V = 5ml), 20ml 0.15M / 20ml 0.5M TEAB. After isolation, the product isolated in the first 10 ml was taken up in 500 .mu.l of 50 mM Tris-HCl buffer and mixed with 200 .mu.l of an enzyme-substrate mixture containing 20 mM KCl, 30 mM MgCl 2 , 10 mM phosphoenolpyruvate, 10 mM ATP, 5 mM dithiothreitol and 800 μg of nucleoside monophosphate kinase from bovine liver and 100 μg pyruvate kinase from rabbit muscle. After 22 hours, thymidine-5'-0- (1- [35 S] was -thiotriphosphat formed with a related 36 S sulfur radiochemical yield of 28%. The reaction mixture was added (on a DEAE-Sephadex A25 column V = 5ml) separated in bicarbonate form with a linear gradient of 20 ml each 0.15M TEAB / 0.7 M TEAB. [ 35 S] TTPaS was isolated with a total yield of 19% at a buffer concentration of 0.5 M. The product characterization was carried out by thin-layer chromatography on silica gel from Merck. R F = 0.16 (LM nPropanol: NH 3 : H 2 O: 6: 3: 1)
2. Beispiel2nd example
Synthese von 2'-Desoxyadenosin-5'-0-(1-[35S]-thiophosphat)Synthesis of 2'-deoxyadenosine-5'-O- (1- [ 35 S] thiophosphate)
3,2mg (ΙΟμιτιοΙ) N-Benzoyl-3'-acetyl-2'-desoxyadenosin und 2,3mg Tetrazol wurden ϊηδΟΟμΙ Dioxan gelöst und unter N2-Atmosphäre mit 18μΙ (ΘΟμιηοΙ) Bis-(diisopropylamino)-(2-cyanoethoxy)-phosphin versetzt.3,2mg (ΙΟμιτιοΙ) N-benzoyl-3'-acetyl-2'-deoxyadenosine and 2,3mg tetrazole were dissolved ϊηδΟΟμΙ dioxane and under N 2 atmosphere with 18μΙ (ΘΟμιηοΙ) bis (diisopropylamino) - (2-cyanoethoxy) Phosphine added.
Nach 6 Stunden wurde das Gemisch eingeengt und der Rückstand in 500 μΙ Methylenchlorid aufgenommen. Zweimal wurde mit je 500 μΙ 2%iger NaHCO3 und einmal mit 500 μΙ gesättigter NaCI gewaschen. Die organische Phase wurde über Na2SO4 getrocknet, abgetrennt und eingeengt. Der Rückstand wurde ΓηΚ70μΙ einer Pyridin/CS2/Triethylaminlösung (v:v:v, 1:1:0,1),die 2mCi 35S (1 μηιοΙ) enthielt, aufgenommen und über Nacht unter N2-Atmosphäre belassen.After 6 hours, the mixture was concentrated and the residue taken up in 500 μΙ methylene chloride. Two times with 500 μΙ each 2% NaHCO 3 and once with 500 μΙ saturated NaCl was washed. The organic phase was dried over Na 2 SO 4 , separated and concentrated. The residue was ΓηΚ70μΙ a pyridine / CS 2 / triethylamine solution (v: v: v, 1: 1: 0.1) containing 2mCi 35 S (1 μηιοΙ), recorded and left overnight under N 2 atmosphere.
Nach dem Einengen wurde der Rückstand in 100μΙ konz. Ammoniak aufgenommen, 1 Stunde inkubiert und dann über eine DEAE-Sephadex A25-Säule (V = 5ml) mit kontinuierlichem Gradienten 20 ml 0,05M TEAB/20ml 0,5M TEAB getrennt.After concentration, the residue was concentrated in 100μΙ concentrated. Ammonia, incubated for 1 hour and then separated via a DEAE-Sephadex A25 column (V = 5 ml) with continuous gradient 20 ml 0.05M TEAB / 20 ml 0.5M TEAB.
Das gewünschte Produkt wurde bei etwa 0,2 M TEAB in einer Gesamtausbeute von 21 % eluiert.The desired product was eluted at about 0.2 M TEAB in an overall yield of 21%.
Die Produktcharakterisierung erfolgte dünnschichtchromatographisch auf Kieselgel.The product characterization was carried out by thin-layer chromatography on silica gel.
Rf = 0,4, Laufmittel:nPropanol:NH3:H2Owie6:3:1.Rf = 0.4, eluent: nPropanol: NH 3 : H 2 O wie6: 3: 1.
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