ES2211138T3 - Nuevos cofactores de metiltransferasas. - Google Patents

Nuevos cofactores de metiltransferasas.

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ES2211138T3 ES99938363T ES99938363T ES2211138T3 ES 2211138 T3 ES2211138 T3 ES 2211138T3 ES 99938363 T ES99938363 T ES 99938363T ES 99938363 T ES99938363 T ES 99938363T ES 2211138 T3 ES2211138 T3 ES 2211138T3
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Marc Pignot
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    • C12Q2521/125Methyl transferase, i.e. methylase

Abstract

Derivado de aziridina ajustados a la **fórmula** en la que X es N o CH, Y es N o -CH3, R1 y R3 con independen cia entre sí son H, H3, -NH(CH2)nNHR4 o -NH(C2H5O)nC2H5NHR4 y R4 se elige entre fluoróforos, trazadores isotópicos (tags) de afinidad, agentes de reticulación, cromóforos, proteínas, péptidos, aminoácido que pueden estar eventualmente modifi cados, nucleótidos, nucleósidos, ácidos nucleicos, hidratos de carbono, lípidos, polietilenglicol (PEG), reactivos de transfección, esferillas y agentes de intercalado, n es un número entero de 1 a 5000, y R2 se elige entre H, H3 y -CH2 CH(COOH)(NH2).

Description

Nuevos cofactores de metiltransferasas.
La presente invención se refiere a derivados de aziridina que pueden utilizarse como cofactores de metiltransferasas, a complejos y a composiciones que contienen estos compuestos y a su utilización para modificar una molécula diana.
Los ácidos nucleicos marcados de modo no radiactivo son de un interés considerable en biología molecular, porque pueden utilizarse en la secuenciación de DNA y pueden actuar como sondas en ensayos Southern Blot y Northern Blot, en hibridaciones "in situ" y en rastreos (screenings) de colonia/placa sin los eligros sanitarios potenciales que conlleva el material radiactivo. Actualmente se conocen en la técnica diversos métodos de modificación covalente de DNA y RNA (revisión de C. Kessler, en Nonisotopic DNA Probe Techniques, L.J. Kricka (coordinador), editorial Academic Press, San Diego, 1992, pp. 29-92). Por ejemplo, pueden obtenerse oligonucleótidos modificados por síntesis de DNA o RNA en fase sólida y los oligonucleótidos resultantes pueden utilizarse como cebadores (primers) para una polimerasa de DNA (P. Richterich, G.M. Church, Methods Enzym. 218, 187-222, 1993). Si la modificación no es capaz de resistir las condiciones de reacción empleadas en la síntesis en fase sólida, entonces es posible incorporar un grupo amina o tiol y realizar el marcado posterior a la síntesis de los oligonucleótidos obtenidos son sondas reactivas amina o tiol (D.M. Jameson, W.H. Sawyer, Methods Enzym. 246, 283-300, 1995). Por otro lado, a los restos terminales fosfato o tiofosfato de los oligonucleótidos se les pueden insertar varios marcadores (J.-L. Mergny y col., Nucleic Acids Res. 22, 920-928, 1994).
Otro método descrito en la técnica es la incorporación de desoxinucleosidotrifosfatos modificados al DNA con polimerasas de DNA (A. Waggoner, Methods Enzym. 246, 362-373, 1995) o con desoxinucleotidil-transferasa terminal (L.K. Riley, M.E. Marshall, M.S. Coleman, DNA 5, 333-338, 1986; G. Trainor, M.A. Jensen, Nucleic Acids Res. 16, 11846, 1988).
Por otro lado son varias las modificaciones que pueden incorporarse directamente al DNA o al RNA. Por ejemplo, los restos citosina pueden modificarse por activación con bisulfito y después adición de aminas alifáticas (R.P. Viscidi, Methods Enzym. 184, 600-607, 1990; D.E. Draper, L. Gold, Biochemistry 19, 1774-1781, 1980). Además son productos comerciales otros reactivos químicos para marcar el DNA y el RNA (FastTag, Vector, Burlingame, CA; Mirus Label IT, Pan Vera Corporation, Madison, WI). Sin embargo, estos métodos de marcado no producen modificaciones cuantitativas ni específicas de secuencia y por ello se obtienen mezclas complejas.
El marcado no radiactivo de proteínas es sencillo, porque sus restos cisteína y lisina reaccionan fácilmente con un gran abanico de reactivos de marcado (M. Brinkley, Bioconjugate Chem. 3, 2-13, 1992; R.P. Haugland, Handbook of Fluorescent Probes and Research Chemicals 1996, Molecular Probes Inc., Eugene, OR). No obstante, las proteínas por lo general contienen muchos restos lisina o cisteína y el marcado da lugar con frecuencia a mezclas complejas que resultan difíciles de analizar. Por consiguiente, la modificación específica de proteínas es incluso más difícil que la del DNA o del RNA. Una estrategia para obtener proteínas marcadas específicamente consiste en diseñar por mutagénesis una proteína que tenga un solo resto cisteína; a continuación se modifica el resto cisteína por ejemplo con un grupo fluorescente (G. Haran, E. Haas, B.K. Szpikowska, M.T. Mas, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 11764-11768, 1992).
Por otro lado pueden incorporarse a las proteínas aminoácidos no naturales mediante traducción "in vitro" (V.W. Cornish, D. Mendel, P.G. Schultz, Angew. Chem. 107, 677-690, 1995); Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 34, 620-630, 1995). Sin embargo, este método no puede llevarse a cabo con facilidad y produce solamente una cantidad pequeña de proteína modificada.
Otra posibilidad es la obtención de proteínas modificadas por síntesis química de péptidos (T.W. Muir, S.B.H. Kent, Current Opinion in Biotechnology 4, 420-427, 1993); sin embargo, en general está limitada a la obtención de cadenas proteicas relativamente cortas.
En Tetrahedron Lett. 28, 2469-72, 1987, se describe la síntesis y las propiedades de reticulación de un desoxioligonucleótido que contiene la N^{6},N^{6}-etanodesoxiadenosina.
El objeto de la presente invención consiste en superar los inconvenientes de los métodos conocidos y proporcionar nuevos compuestos que permitan la modificación de biomoléculas (por ejemplo el marcado) de un modo simple y eficaz mediante el uso de una metiltransferasa.
Este objeto se consigue con derivados de aziridina representados por la fórmula (I)
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en la que X es N o CH, Y es N o -CH^{3}, R^{1} y R^{3} con independencia entre sí son H, H^{3}, -NH(CH_{2})_{n}NHR^{4} o -NH(C_{2}H_{5}O)_{n}C_{2}H_{5}NHR^{4} y R^{4} se elige entre fluoróforos, trazadores isotópicos (tag) de afinidad, agentes de reticulación, cromóforos, proteínas, péptidos, aminoácido que pueden estar eventualmente modificados, nucleótidos, nucleósidos, ácidos nucleicos, hidratos de carbono, lípidos, polietilenglicol (PEG), reactivos de transfección, esferillas y agentes de intercalado y n es un número entero de 1 a 5000, y R^{2} se elige entre H, H^{3} y -CH_{2}CH(COOH)(NH_{2}).
En la figura 1 se representa la cromatografía de intercambio aniónico de la reacción enzimática con M\cdotTaqI del ejemplo 1 después de diferentes tiempos de incubación.
En la figura 2A se representa el espectro de masas EP-HPLC/ESI del producto oligodesoxinucleótido doble 5\cdot4 del ejemplo 1 eluido después de 14,6 min.
En la figura 2B se presenta el espectro de masas ESI del producto 5 \cdot 4 obtenido por infusión directa.
En la figura 3 se presenta la cromatografía de intercambio aniónico de la reacción enzimática con M\cdotHhaI del ejemplo 1 después de diferentes tiempos de incubación.
En la figura 4 se representa el espectro de masas ESI después de una cromatografía HPLC-RP del producto oligodesoxinucleótido doble 8\cdot7 del ejemplo 1.
En la figura 5 se representa la cromatografía de intercambio aniónico (detección por UV y por fluorescencia) de la reacción enzimática con M\cdotTaqI del ejemplo 2.
En la figura 6 se representa el cromatograma del DNA plásmido marcado (ejemplo 2, marcado 3.1 con M\cdotTaqI) de la cromatografía de intercambio aniónico después de diferentes tiempos de incubación (6A: detección UV a 260 nm; 6B: detección por fluorescencia).
En la figura 7 se representan los cromatogramas (7A: detección UV a 260 nm; 7B: detección por fluorescencia) obtenidos de pUC19 no marcado (ejemplo 2, marcado 3.1 sin M\cdotTaqI) para fines comparativos.
En la figura 8 se presentan los cromatogramas (8A: detección UV a 260 nm; 8B: detección por fluorescencia) de pUC19 marcado y no marcado (ejemplo 2, marcado 3.2 con y sin M\cdotHhaI).
La presente invención se describe ahora con mayor detalle.
Las metiltransferasas dependientes de S-adenosil-L-metionina (metiltransferasas dependientes de SAM) son un grupo de enzimas importantes en el aspecto biológico. Constituyen aprox. un 3% de las enzimas incluidas en la lista de la última versión de la obra "Enzyme Nomenclature" de E.C. Webb, Academic Press, San Diego, 1992. Catalizan la transferencia del grupo metilo activado desde el cofactor S-adenosil-L-metionina hasta los nucleófilos de azufre, nitrógeno, oxígeno y carbono de moléculas pequeñas, fosfolípidos, proteínas, RNA y DNA. Las metiltransferasas de DNA catalizan por ejemplo la metilación de la posición N6 de la adenina y la posición C5 o N4 de la citosina dentro de las secuencias específicas de DNA. Dado que las endonucleasas de restricción son sensibles a la metilación del DNA, las metiltransferasas de DNA pueden utilizarse para disminuir el número de sitios de restricción del DNA (M. Nelson, I. Schildkraut, Methods Enzymol. 155, 41-48, 1987).
La reacción de la que se sabe que se cataliza con las metiltransferasas (mtasas) dependientes de SAM es la que se muestra en el esquema de reacción 1, en el que el compuesto 1 es el cofactor S-adenosil-L-metionina (SAM).
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Esquema de reacción 1
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Los inventores de la presente solicitud han encontrado ahora que los derivados de aziridina de la siguiente fórmula I actúan como cofactores de metiltransferasas dependientes de SAM y de este modo permiten transferir grupos de mayor tamaño que el metilo.
Los derivados de aziridina de la presente invención se ajustan a la fórmula (I)
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en la que X es N o CH, Y es N o -CR^{3}, R^{1} y R^{3} con independencia entre sí son H, H^{3}, -NH(CH_{2})_{n}NHR^{4} o -NH(C_{2}H_{5}O)_{n}C_{2}H_{5}NHR^{4} y R^{4} se elige entre fluoróforos, trazadores isotópicos (tags) de afinidad, agentes de reticulación, cromóforos, proteínas, péptidos, aminoácido que pueden estar eventualmente modificados, nucleótidos, nucleósidos, ácidos nucleicos, hidratos de carbono, lípidos, polietilenglicol (PEG), reactivos de transfección, esferillas y agentes de intercalado y n es un número entero de 1 a 5000, y R^{2} se elige entre H, H^{3} y -CH_{2}CH(COOH)(NH_{2}).
Es preferido que solo uno de R^{1} y R^{3} sea -NH(CH_{2})_{n}NHR^{4} o -NH(C_{2}H_{5}O)_{n}C_{2}H_{5}NHR^{4}. En los compuestos preferidos, X y/o Y son N; son especialmente preferidos los compuestos en los que X e Y son, ambos, N.
En el grupo -NH(CH_{2})_{n}NHR^{4}, n es con preferencia un número entero de 2 a 20, con preferencia especial n = 3, 4 ó 5.
En el grupo -NH(C_{2}H_{5}O)_{n}C_{2}H_{5}NHR^{4}, n es con preferencia un número entero de 1 a 250; con mayor preferencia, n es un número entero de 1 a 20.
El término fluoróforo empleado en esta descripción significa una entidad química en la que los electrones pueden estar excitados por luz de una cierta energía y los protones de energía más baja se emiten seguidamente.
En los compuestos preferidos de la presente invención, R^{1} y R^{2} son en cada caso H o H^{3} y X es N.
Si por lo menos uno de R^{1} y R^{3} es -NH(CH_{2})_{n}NHR^{4} o -NH(C_{2}H_{5}O)_{n}C_{2}H_{5}NHR^{4}, entonces R^{4} se elige entre fluoróforos, trazadores isotópicos (tags) de afinidad, agentes reticulantes, cromóforos, proteínas (incluidos los anticuerpos y las enzimas), péptidos, aminoácidos, aminoácidos modificados, nucleótidos, nucleósidos, ácidos nucleicos, hidratos de carbono, lípidos, PEG, reactivos de transfección (incluidas las polietileniminas, las macromoléculas, los dendrímeros), las esferillas (p.ej. las formadas por agarosa, sílice, nitrocelulosa, celulosa, acrilamida, látex, poliestireno, poliacrilato, polimetacrilato, polímero de polietileno, partículas de vidrio, silicatos, óxidos metálicos o combinaciones de los anteriores), agentes de intercalado (incluido el bromuro de etidio, el psoraleno y los derivados de los mismos). Son fluoróforos preferidos el BODIPY, la cumarina, el dansilo, la fluoresceína, el mansilo, el pireno, la rodamina, el rojo Texas, el TNS y los fluoróforos de cianina, por ejemplo Cy2, Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5 y Cy7; pueden utilizarse también los derivados de estos fluoróforos. Un significado especialmente preferido de R^{4} es el
dansilo.
Si R^{4} es un trazador isotópico (tag) de afinidad, entonces será con preferencia un tag de péptido, la biotina, la digoxigenina o el dinitrofenol; los tags de péptido útiles son por ejemplo el his-tag o cualquier tag que tenga propiedades quelantes de metales, que pueda utilizar en la IMAC (immobilized metal affinity chromatography), strep-tag, flag-tag, c-myc-tag, epítopes o glutationa.
Los agentes reticulanes útiles son por ejemplo la maleimida, la yodoacetamida, los derivados de las anteriores, los derivados de aldehído y los agentes fotorreticulantes. Son ejemplos de agentes fotorreticulantes las arilazidas, los compuestos diazo y los compuestos benzofenona.
La N-adenosilaziridina (compuesto 2) puede sintetizarse por ejemplo en una reacción de una sola etapa por sustitución nucleófila del grupo tosilato de la 5'-tosiladenosina por aziridina (ver siguiente esquema de reacción 2).
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Esquema de reacción 2
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El esquema de reacción 3 muestra la reacción catalizada por una metiltransferasa (mtasa) empleando el cofactor natural 1 y por otro lado empleando el nuevo cofactor 2 según la presente invención.
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Esquema de reacción 3
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En el siguiente esquema de reacción 4 se representa la modificación de un oligodesoxinucleótido doble corto (3\cdot4), formado por un oligodesoxinucleótido con una hebra más (el 3:5'-GCCGCTCGATGCCG-3') y un oligodesoxinucleótido complementario con una hebra menos (el 4:5'-CGGCATCGA^{Me}GCGGC-3'), con el cofactor protonado análogo 2 que contiene aziridina mediante el uso de la metiltransferasa de DNA del Thermus aquaticus (M\cdotTaqI), específica de adenina. El oligodesoxinucleótido 4 complementario con una hebra menos se elige de modo que contenga el N6-metiladenina-1-\beta-D-2'-desoxinucleósido (A^{Me}) que ya no puede seguir metilándose por acción de la M\cdotTaqI. La M\cdotTaqI cataliza normalmente la transferencia del grupo metilo del cofactor natural 1 al grupo amino exocíclico de la adenina dentro de la secuencia de DNA de doble hebra 5'-TCGA-3' (ver siguiente esquema 4) (M. McClelland, Nucleic Acids Res. 9, 6795-6804, 1981).
La estructura del producto de reacción 5\cdot4 puede verificarse por ejemplo por cromatografía HPLC en fase inversa acoplada a una espectrometría de masas de ionización por electropulverización (electrospray) (HPLC-RP/EM-ESI).
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Esquema de reacción 4
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Los resultados experimentales demuestran que con el cofactor no natural 2 se modifica cuantitativamente la hebra 3 más, no metilada, que contiene una adenina en la posición diana dentro de la secuencia de reconocimiento 5'-TCGA-3' de la M\cdotTaqI. Nuestra observación de que no se modifica la hebra 4, que contiene la N6-metiladenina en otra posición diana y una adenina fuera de la secuencia de reconocimiento, viene a demostrar que la especificidad de secuencia de la M\cdotTaqI no se modifica con el nuevo cofactor 2. Además, la fragmentación enzimática del producto doble 5\cdot4 seguida por un análisis por cromatografía HPLC en fase inversa proporciona un compuesto adicional, aparte de los nucleósidos naturales dC, dA, dG, T y dA^{Me}. Este compuesto adicional se aísla y se detecta que es un ion cargado positivamente en m/z 544,6 por espectrometría de masas con ionización de electropulverización. La masa hallada es idéntica a la masa molecular calculada de una 2'-desoxiadenosina protonada y modificada con N-adenosilaziridina. Este resultado pone de manifiesto que solamente se modifica la adenina diana de la hebra 3 más. Por consiguiente, la adición catalizada por la M\cdotTaqI del nuevo cofactor 2 sobre el DNA es cuantitativa y específica de secuencia y de base.
Sin embargo, la presente invención no se limita a la M\cdotTaqI, sino que permite utilizar también la metiltransferasa de DNA específica de la C5-citosina del Haemophilus haemolyticus (M\cdotHhaI) y otras metiltransferasas empleando normalmente la S-adenosil-L-metionina (SAM) como cofactor. Esto demuestra fácilmente modificando el oligodesoxinucleótido doble 6\cdot7 con la M\cdotHhaI. Obviamente, la M\cdotHhaI cataliza la transferencia del metilo activado de la SAM al átomo de carbono de la posición 5 de la primera citosina de la secuencia de DNA 5'GCGC-3' de doble hebra (ver parte superior del esquema 5). Los resultados experimentales ponen de manifiesto que la M\cdotHhaI acepta también al nuevo cofactor 2 y cataliza su inserción al oligodesoxinucleótido doble 6\cdot7 (ver parte inferior del esquema 5). Al igual que la reacción catalizada por la M\cdotTaqI, la inserción catalizada por la M\cdotHhaI es también cuantitativa.
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Esquema de reacción 5
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En esta solicitud se describe por primera vez la transferencia de un grupo de mayor tamaño que un grupo metilo, catalizada por dos metiltransferasas dependientes de S-adenosil-L-metionina distintas. Dado que la transferencia de por ejemplo el compuesto 2 induce un grupo amino secundario único en el DNA, deberían ser factibles las posteriores reacciones de marcado con sondas reactivas amino. Por lo tanto es posible la introducción específica en un sitio de grupos fluorescentes, quimioluminiscentes u otros grupos informantes (reporter).
Como alternativa, el nuevo cofactor fluorescente 9, en el que R^{1} es -NH(CH_{2})_{4}NHR^{4}, R^{2} es H, Y es N y R^{4} es un grupo dansilo fluorescente, puede utilizarse para obtener directamente un DNA marcado de modo específico de secuencia. Este derivado fluorescente de la N-adenosilaziridina contiene el grupo reactivo aziridina en la posición 5', el resto adenosilo, que actúa de ancla molecular para la fijación de metiltransferasas al cofactor, y el grupo fluorescente dansilo (marcador) que se fija sobre la posición 8 mediante un engarce (linker) flexible. La síntesis de este nuevo cofactor 9 fluorescente se ilustra en el esquema 6. La reacción de la 8-bromo-2',3'-O-isopropiliden-adenosina con el 1,4-diaminobutano da lugar al derivado 10 protegido de la adenosina, con un engarce amino en la posición 8. La protección transitoria del grupo hidroxi de la posición 5' con trimetilclorosilano, la unión del cloruro de dansilo con la amina primaria y la eliminación del grupo protector del grupo hidroxilo de la posición 5' conduce al derivado de adenosina 11 protegido y fluorescente. La reacción del compuesto 11 con el cloruro de mesilo proporciona el mesilato 12. La eliminación del grupo isopropilideno del compuesto 12 en condiciones ácidas conduce al derivado fluorescente de adenosina 13 que se hace reaccionar con aziridina para obtener el nuevo cofactor fluorescente 9.
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Esquema de reacción 6
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El seguimiento de la unión del nuevo cofactor fluorescente 9 con el oligodesoxinucleótido 3\cdot4 catalizada por la M\cdotTaqI (esquema 7) se hace mediante cromatografía de intercambio aniónico. Después de la fragmentación proteolítica del complejo M\cdotTaqI-DNA formado se genera el oligodesoxinucleótido doble 14\cdot4 marcado con marcador fluorescente. Se verifica la estructura del producto 14\cdot4 por fragmentación enzimática seguida por cromatografía HPLC en fase inversa. Además de los nucleósidos naturales dC, dA, dG, T y dA^{Me}, los análisis revelan la presencia de un compuesto fluorescente adicional, que se eluye con un tiempo de retención mucho más elevado que el de los nucleósidos naturales, demostrando con ello su naturaleza hidrófoba. Este compuesto fluorescente adicional se aísla y se detecta en forma de ion cargado positivamente de m/z = 863,1 por espectrometría de masas de ionización por electropulverización. La masa hallada coincide con el peso molecular calculado de 863,4 de la 2'-desoxiadenosina protonada y modificada con el cofactor 9. Por lo tanto, la reacción de unión del nuevo cofactor fluorescente 9 con el DNA, catalizada por la M\cdotTaqI, se realiza de forma cuantitativa y específica de base.
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Esquema de reacción 7
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La presente invención puede utilizarse además para marcar moléculas de DNA de mayor tamaño. Esto se ha demostrado marcando el plásmido pUC19 (2.686 pares de bases) con el nuevo cofactor fluorescente 9 y con la M\cdotTaqI. La reacción de marcado se analiza por cromatografía de intercambio aniónico después de diferentes períodos de incubación. Los cromatogramas no cambian cuando se utiliza la detección UV, pero si se emplea la detección por fluorescencia, los cromatogramas presentan un incremento claro de la señal de fluorescencia a medida que aumenta el período de incubación. La señal UV y la señal de fluorescencia se solapan e indican que el material de partida pUC19 (solamente absorción UV) y el pUC19 marcado con marcador fluorescente (absorción UV y fluorescencia) se eluyen con el mismo tiempo de retención. En un ensayo paralelo de control sin M\cdotTaqI, no se observa señal de fluorescencia correspondiente al pUC19 marcado con marcador fluorescente. Este resultado viene a demostrar que la reacción de marcado de hecho está catalizada por la M\cdotTaqI. Es interesante notar que el nucleósido fluorescente 9 actúa también como cofactor de la M\cdotHhaI. El análisis por cromatografía de intercambio aniónico de la reacción de unión entre el nucleósido fluorescente 9 y el pUC19 catalizada por la M\cdotHhaI indica que se produce también el pUC19 marcado con marcador fluorescente y que sin la M\cdotHhaI no tiene lugar marcado alguno.
Las estructuras tridimensionales de varias metiltransferasas formando complejo con el cofactor natural (metiltransferasa M\cdotTaqI de N6-adenina de DNA: J. Labahn, J. Granzin, G. Schluckebier, D.P. Robinson, W.E. Jack, I. Schildkraut, W. Saenger, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 10957-10961, 1994;metiltransferasa DpnM de N6-adenina de DNA: P.H. Tran, Z.R. Korszun, S. Cerritelli, S.S. Springhorn, S.A. Lacks, Structure 6, 1563-1575, 1998; metiltransferasa M\cdotHhaI de C5-citosina de DNA: S. Klimasauskas, S. Kumar, R.J. Roberts, X. Cheng, Cell 76, 357-369, 1994; metiltransferasa M\cdotPvuII de N4-citosina de DNA: W. Gong, M. O'Gara, R.M. Blumenthal, X. Cheng, Nucleic Acids Res. 25, 2702-2715, 1997; metiltransferasa ErmC'de N6-adenina de RNA: D.E. Bussiere, S.W. Muchmore, C.G. Dealwis, G. Schluckebier, V.L. Nienaber, R.P. Edalji, K.A. Walter, U.S. Ladror, T.F. Holzman, C. Abad-Zapatero, Biochemistry 37, 7103-7112, 1998; metiltransferasa VP39 de 2'-O-nucleósido de mRNA: A.E. Hodel, P.D. Gershorn, X. Shi, F.A. Quiocho, Cell 85, 247-256, 1996; metiltransferasa CheR de proteína: S. Djordjevic, A.M. Stock, Structure 5, 545-558, 1997) indican que la posición 8 del anillo adenina del cofactor natural es por lo menos parcialmente accesible al disolvente y por ello es idóneo para la inserción de un grupo adicional sin intervenir en gran manera en la fijación del cofactor de estas metiltransferasas. En algunas metiltransferasas, la posición 7 del anillo adenina del cofactor natural está incluso más expuesto al disolvente y, por lo tanto, deberá considerarse como la mejor opción en el momento de escoger una posición para la inserción de grupos adicionales (Y en la fórmula I) para estas metiltransferasas. Además, la estructura tridimensional de la catecol-O-metiltransferasa (COMT) formando complejo con el cofactor natural (J. Vidgren, L.A. Svensson, A. Liljas, Nature 368, 354-358, 1994) indica que el anillo adenina del cofactor natural está sepultado dentro de la bolsa de fijación del cofactor. En este caso, la fijación de un grupo adicional en la posición 5' del anillo aziridina (R^{2} en la fórmula I) parece más compatible con la fijación del cofactor de esta metiltransferasa. Por lo tanto, los nuevos cofactores con modificaciones en la posición 8 del anillo adenina (R^{1} de la fórmula I), en la posición 7 del anillo adenina (Y de la fórmula I) y en la posición 5' del anillo aziridina (R^{2} de la fórmula I) pueden utilizarse para obtener un amplio abanico de biomoléculas marcadas de modo específico de sitio.
Las metiltransferasas útiles de la presente invención normalmente transfieren el grupo metilo de la SAM a una molécula de ácido nucleico, por ejemplo DNA o RNA, a un polipéptido, a una proteína, una enzima o una molécula pequeña. Una visión de conjunto de las metiltransferasas dependiente de la SAM se encontrará por ejemplo en R.M. Kagan y S. Clarke, Archives of Biochemistry and Biophysics 310, 417-427, 1994. Este artículo proporciona además una lista de O-metiltransferasas de molécula pequeña y N-metiltransferasas de molécula pequeña, incluidas por ejemplo la catecol-O-metiltransferasa y la glicina-N-metiltransferasa.
Son especialmente preferidas para el uso en la presente invención las metiltransferasas que metilan el DNA, en especial aquellas que forman parte de un sistema de modificación de restricción de una bacteria y las metiltransferasas que metilan proteínas en distintos aminoácidos.
La presente invención no se refiere solamente a los derivados de aziridina propiamente dichos, sino que abarca también el complejo de estos derivados con una metiltransferasa así como las composiciones farmacéuticas y de diagnóstico que contienen un derivado de aziridina de la presente invención o un complejo del mismo con una metiltransferasa.
Los derivados de aziridina de la presente invención pueden utilizarse para modificar una molécula diana (p.ej. el DNA o fragmentos del mismo, el RNA o fragmentos del mismo, híbridos de DNA y RNA, polipéptidos, por ejemplo proteínas de fusión, proteínas que contienen un sitio de metilación, polímeros sintéticos y moléculas pequeñas, por ejemplo lípidos). Tal modificación puede llevarse a cabo transfiriendo un derivado de aziridina de la presente invención o una parte del mismo a la molécula diana mediante una metiltransferasa.
La presente invención se ilustra seguidamente con mayor detalle mediante los ejemplos siguientes.
Ejemplo 1 1. Síntesis de N-adenosilaziridina, compuesto 2 (esquema 2)
En atmósfera de argón se añade lentamente aziridina seca (S. Gabriel, Chem. Ber. 21, 2664-2669, 1888; S. Gabriel, R. Stelzner, Chem. Ber. 28, 2929-2938, 1895) (360 \mul, 7,2 mmoles) a una suspensión de 5'-tosiladenosina (100 mg, 0,24 mmoles, Aldrich) en N-etildiisopropilamina (125 \mul, 0,7 mmoles) y se agita la solución resultante a temperatura ambiente durante tres días. Se elimina el resto de aziridina sin reaccionar a presión reducida y se disuelve el producto en bruto de la reacción en agua (1 ml) y se neutraliza con ácido acético (1 M). Se inyecta la solución (100 \mul de una vez) en una columna de cromatografía HPLC de fase inversa (Hypersil-ODS, 5 \mum, 120 \ring{A}, 250 x 10 mm, Bischoff, Leonberg, Alemania) y se eluye el producto con un gradiente lineal de acetonitrilo (7-10% en 30 min, 2 ml/min) en tampón de hidrogenocarbonato de trietilamonio (0,1 M, pH 8,4). Se reúnen las fracciones que contienen producto (tiempo de retención 11,3 min, detección UV a 259 nm), se concentran por liofilización hasta 5,5 ml (10,5 mM, empleando \lambda = 260, \varepsilon = 15400 de adenosina) y se almacenan a -80ºC. Rendimiento: 0,058 mmoles (24%). Para la caracterización posterior se liofiliza por completo una parte alícuota, obteniéndose el compuesto 2 en forma de sólido blanco.
RMN-H^{1} (500 MHz, D_{2}O): \delta = 1,49-1,40 (m, 2H; H de aziridina), 1,85-1,74 (m, 2H; H de aziridina), 2,74 y 2,68 (parte AB del espectro ABX, J^{3} = 4,3, 6,6 Hz, J^{2} = 13,3 Hz, 2H; 5'-H_{a}, 5'-H_{b}), 4,35 (ddd = dt, J^{3} = 4,6, 4,6, 6,7 Hz, 1H; 4'-H), 4,46 (dd = t, J^{3} = 5,1 Hz, 1H; 3'-H), 4,84 (dd = t, J^{3} = 5,3 Hz, 1H; 2'-H), 6,13 (d, J^{3} = 5,0 Hz, 1H; 1'-H), 8,30 (s, 1H; 8-H), 8,36 (s, 1H; 2-H).
EM-FAB (ácido tioglicólico): m/z (%): 293 (100) [M^{+} + H], 250 (4) [M^{+} - C_{2}H_{4}N], 178 (11) [B^{+} + C_{2}H_{4}O], 167 (34), 165 (5), 164 (5) [B^{+} + CH_{2}O], 158 (36) [M^{+} - B], 149 (78), 136 (91) [BH_{2}^{+}], 102 (23); B = adenina desprotonada.
2. Síntesis y purificación de oligodesoxinucleótidos
Se sintetizan los oligodesoxinucleótidos 3, 4, 6 y 7 en un sintetizador de DNA/RNA del tipo Applied Biosystems 392 aplicando la química estándar de la \beta-cianoetil-fosforamidita. Las síntesis se realizan por tritilación (modo "trityl on") y se purifican los oligodesoxinucleótidos por cromatografía HPLC en fase inversa. Se destritilan los oligodesoxinucleótidos con ácido acético (del 80%), se prosigue su purificación por cromatografía HPLC en fase inversa ("trityl off") y se elimina la sal por filtración a través de gel. Los oligodesoxinucleótidos dobles 3\cdot4 y 6\cdot7 se forman por incubación a 95ºC (2 min) de cantidades equimolares de las hebras complementarias en tampón (20 mM Tris-acetato, 50 mM acetato potásico, 10 mM acetato magnésico, pH 7,9 para el 3\cdot4 y 10 mM Tris-cloruro, 50 mM cloruro sódico, 0,5 mM EDTA, pH 7,4 para el 6\cdot7), después se enfría lentamente (2 h) a temperatura ambiente.
3. Reacciones enzimáticas 3.1 Reacción enzimática con la metiltransferasa M\cdotTaqI de N6-adenina de DNA
Se prepara la metiltransferasa M\cdotTaqI de DNA, libre de cofactor, por el método descrito anteriormente (B. Holz, S. Klimasauskas, S. Serva, E. Weinhold, Nucleic Acids Res. 26, 1076-1083, 1998). La reacción catalizada por enzima se lleva a cabo a 37ºC en una mezcla (500 \mul) de M\cdotTaqI (5 nmoles, 10 \muM), oligodesoxinucleótido doble 3\cdot4 (5 nmoles, 10 \muM), compuesto 2 (500 nmoles, 1 mM), Tris-acetato (20 nM, pH 6,0), acetato potásico (50 mM), acetato magnésico (10 mM) y Triton X-100 (0,01%). El seguimiento del progreso de la reacción se realiza por cromatografía de intercambio aniónico. Se retiran partes alícuotas (50 \mul) de la mezcla reaccionante después de diferentes períodos de incubación, se mezclan con una solución de urea (100 \mul, 6 M) y se inyectan en una columna de intercambio aniónico (Poros 10 HQ, 10 \mum, 4,6 x 100 mm, PerSeptive Biosystems, Alemania). Se eluyen los compuestos con cloruro potásico acuoso (0,5 M durante 5 min, seguido por un gradiente lineal hasta 1 M en 30 min, 4 ml/min) en tampón Tris-cloruro (10 mM, pH 7,6). En la figura 1 se presentan los cromatogramas de la cromatografía de intercambio aniónicos después de diferentes períodos de incubación.
El análisis del producto oligodesoxinucleótido doble 5\cdot4 por cromatografía HPLC en fase inversa seguida por espectrometría de masas de ionización por electropulverización, HPLC-RP/EM-ESI, se realiza en un espectrómetro de masas con trampa iónica (LCQ, Finnigan MAT, Alemania) equipado con un sistema micro-HPLC (M480 y M300, Gynkotek, Alemania). El producto oligodesoxinucleótido doble 5\cdot4 se purifica por cromatografía de intercambio aniónico (ver más arriba) y se elimina la sal por adición repetida de agua y ultrafiltración (Microsep 3K, Pall Filtron, Northborough, MA, EE.UU.). Una solución del 5\cdot4 purificado y desalinizado se inyecta en una columna capilar (Hypersil-ODS, 3 \mum, 150 x 0,3 mm, LC Packings, Amsterdam, Holanda) y se eluye con un gradiente lineal de acetonitrilo (7-10% en 10 min, seguido de 10-70% en 30 min, 150 \mul/min) en tampón acetato de trietilamonio (0,1 M, pH 7,0). Los espectros de masas ESI después de la cromatografía HPLC-RP representados en la figura 2A se obtienen en modo ion negativo aplicando las condiciones estándar. El cromatograma obtenido observando la corriente iónica total se recoge en el recuadro presentado dentro de la figura 2A.
Análisis del producto oligodesoxinucleótido doble 5\cdot4 por espectrometría de masas por ionización de electropulverización empleando la infusión directa: el espectro de masas ESI presentado en la figura 2B se consigue mediante un espectrómetro de masas de campo sectorial de enfoque doble MAT 90 (Finnigan MAT, Alemania), equipado con una fuente iónica de electropulverización ESI II y trabajando en modo ion negativo. El 5\cdot4 desalinizado (solución acuosa) y una corriente de envoltura líquida (2-propanol) se alimentan a una jeringuilla con bomba Harvard (Harvard Apparatus, EE.UU.). El recuadro interior de la figura 2B muestra la expansión de la señal del ion [5-6H]^{6-} con resolución isotópica.
Los pesos moleculares de los oligodesoxinucleótidos observados en los espectros de masas con electropulverización de las figuras 2A y 2B se resumen en la tabla 1. Se incluyen también los pesos moleculares hallados de los oligodesoxinucleótidos de partida (eductos).
TABLA 1
10
Análisis del producto oligodesoxinucleótido doble 5\cdot4 por fragmentación enzimática: se disuelve el 5\cdot4 purificado y desalinizado (0,25 OD a 260 nm) en tampón fosfato potásico (10 mM, pH 7,0, 100 \mul) que contiene cloruro magnésico (10 mM), DNasa I (1,2 U), fosfodiesterasa de Crotalus durissus (0,018 U), fosfodiesterasa de bazo de ternera (0,024 U) y fosfatasa alcalina (6 U) y se incuba a 37ºC durante 24 h. Se inyecta una parte alícuota (50 \mul) en una columna de HPLC de fase inversa (Hypersil-ODS, 5 \mum, 120 \ring{A}, 250 x 4,6 mm, Bischoff, Leonberg, Alemania) y se eluyen los productos con un gradiente lineal de acetonitrilo (0-10,5% en 30 min, 1 ml/min) en tampón acetato de trietilamonio (0,1 M, pH 7,0). El análisis HPLC-RP del material digerido revela que, aparte de dC, dA, dG, T y dA^{Me}, existe la presencia de un compuesto adicional que se eluye entre el T y el dA^{Me}. Se aísla este compuesto adicional y se detecta como ion cargado positivamente en m/z 544,6 por EM-ESI (LCQ conectado a una fuente de ion de nanoelectropulverización, Finnigan MAT, Alemania). La masa hallada es idéntica a la masa molecular calculada de una 2'-desoxiadenosina protonada y modificada con N-adenosilaziridina.
3.2 Reacción enzimática con metiltransferasa M\cdotHhaI de C5-citosina de DNA
La metiltransferasa M\cdotHhaI de DNA libre de cofactor se obtiene del modo descrito anteriormente (B. Holz, S. Klimasauskas, S. Serva, E. Weinhold, Nucleic Acids Res. 26, 1076-1083, 1998). La reacción catalizada por enzima se lleva a cabo a 25ºC en una mezcla (500 \mul) de M\cdotHhaI (5 nmoles, 10 \muM), oligodesoxinucleótido doble 6\cdot7 (5 nmoles, 10 \muM), compuesto 2 (500 nmoles, 1 mM), Tris-cloruro (10 mM, pH 7,4), cloruro sódico (50 mM), EDTA (0,5 mM) y Triton X-100 (0,01%). El seguimiento del progreso de la reacción se realiza por cromatografía de intercambio aniónico. Se retiran partes alícuotas (50 \mul) de la mezcla reaccionante después de diferentes períodos de incubación y se inyectan en una columna de intercambio aniónico (Poros 10 HQ, 10 \mum, 4,6 x 100 mm, PerSeptive Biosystems, Alemania). Se eluyen los compuestos con cloruro potásico acuoso (0 M durante 5 min, seguido por un gradiente lineal hasta 0,5 M en 5 min y hasta 1 M en 30 min, 4 ml/min) en tampón Tris-cloruro (20 mM, pH 7,6). En la figura 3 se presentan los cromatogramas de la cromatografía de intercambio aniónicos después de diferentes períodos de incubación.
El análisis del producto oligodesoxinucleótido doble 8\cdot7 por cromatografía HPLC en fase inversa seguida por espectrometría de masas de ionización por electropulverización, HPLC-RP/EM-ESI, se realiza del modo descrito anteriormente para el análisis del 5\cdot4 (ver ejemplo 1, apartado 3.1). El espectro de masas ESI obtenido después de la cromatografía HPLC-RP se presenta en la figura 4 y los pesos moleculares hallados de los oligodesoxinucleótidos se resumen en la tabla 2.
TABLA 2
Compuesto Carga (m/z)_{esperado} M_{esperado} M_{calculado}
8\cdot7 3- 2738,4 8220,2 8215,5
8\cdot7 4- 2054,1 8220,4 8215,5
8\cdot7 5- 1642,8 8219,0 8215,5
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El análisis del producto oligodesoxinucleótido doble 8\cdot7 por fragmentación enzimática: la fragmentación enzimática del 8\cdot7 se realiza del modo descrito para el 5\cdot4 (ejemplo 1, apartado 3.1). El análisis HPLC-RP del material digerido revela que, aparte de dC, dC^{Me}, dA, dG y T, existe la presencia de un compuesto adicional que eluye antes del dC.
Ejemplo 2 1. Síntesis de un derivado fluorescente de N-adenosilaziridina, compuesto 9 (esquema 6) 1.1. 8-amino-[1''-(4''-aminobutil)]-2',3'-O-isopropiliden-adenosina, compuesto 10
A una solución de 8-bromo-2',3'-O-isopropilen-adenosina (M. Ikehara, H. Tada, M. Kaneko, Tetrahedron 24, 3489-3498, 1968) (628 mg, 1,6 mmoles) en DMSO seco (10 ml) se le añade en atmósfera de argón trietilamina seca (2,26 ml, 16,3 mmoles) y 1,4-diaminobutano (0,82 ml, 8,1 mmoles). Se agita la solución a 110ºC y se hace el seguimiento del progreso de la reacción por cromatografía de capa fina (CCF). Pasadas 4 h se elimina el disolvente a presión reducida. Se disuelve el residuo en agua (50 ml) y se ajusta el pH a 5,3 con ácido acético (0,1 M). Se purifica el producto en bruto por cromatografía de intercambio catiónico (Dowex 50 x 4 en forma H^{+}, 100 g, elución con 600 ml de agua y después con 1000 ml de hidróxido potásico 1M). Se extraen las fracciones que contienen producto con cloroformo y se elimina el disolvente a presión reducida. Rendimiento: 639 mg (100%).
R_{f} = 0,44 (butanol/ácido acético/agua 3:0,75:1,25)
RMN-H^{1} (500 MHz, CDC_{3}): \delta = 1,33 (s, 3H; H de acetonuro), 1,48-1,55 (m, 2H), H de engarce (linker)), 1,61 (s, 3H; H de acetonuro), 1,64-1,70 (m, 2H; H de engarce), 2,66-2,73 (m, 2H; H de engarce), 3,33-3,42 (m, 2H), H de engarce), 3,77-3,91 (m, 2H; 5'-H), 4,28-4,30 (m, 1H; 4'-H), 4,99 (dd, J^{3} = 2,7, 6,3 Hz, 1H; 3'-H), 5,08 (dd, J^{3} = 4,8, 6,3 Hz, 1H; 2'-H), 5,39 (s, ancha, 2H; 6-NH_{2}), 6,15 (d, J^{3} = 4,5 Hz, 1H; 1'-H), 6,55-6,60 (m, 1H; 8-NH), 8,10 (s, 1H; 2-H).
RMN-C^{13} (125,7 MHz, CDCl_{3}): \delta = 25,30 (q; acetonuro-CH_{3}), 25,73 (t; C de engarce), 27,42 (q; acetonuro-CH_{3}), 29,60 (t; C de engarce), 40,46 (t; C de engarce), 42,69 (t; C de engarce), 61,17 (t; 5'-C), 80,59 (d; 3'-C), 82,19 (d; 2'-C), 84,48 (d; 4'-C), 89,21 (d, 1'-C), 114,50 (s; acetonuro-C(CH_{3})_{2}), 117,68 (s; 5-C), 149,49 (d; 2-C), 149,95 (s; 8-C), 151,68 (s; 4-C), 151,72 (s; 6-C).
EM-ESI: m/z (%): 394,3 (25) [M + H]^{+}, 222,3 (100) [adenina + aminobutilo + H]^{+}.
1.2 8-amino-[1''-(N''-dansil)-4''-aminobutil]-2',3'-O-isopropiliden- adenosina, compuesto 11
A una solución del compuesto 10 (104 mg, 0,26 mmoles) en piridina seca (7 ml) se le añade lentamente en atmósfera de argón y a 0ºC trimetilclorosilano (0,07 ml, 0,53 mmoles) y se agita la solución resultante a temperatura ambiente durante 1 h. A continuación se añade cloruro de dansilo (103,8 mg, 0,37 mmoles, en 3 ml de piridina) y se agita la solución a temperatura ambiente durante 4 h. Se hace el seguimiento del progreso de la reacción por cromatografía CCF y una vez completada la conversión se trata la solución con agua (5 ml) a 0ºC. Se elimina el disolvente a presión reducida y se purifica el producto en bruto por cromatografía de columna (gel de sílice, 40 g, elución con cloruro de metileno/metanol 19:1). Rendimiento: 50 mg (30%).
R_{f} = 0,54 (cloruro de metileno/metanol 9:1)
RMN-H^{1} (500 MHz, DMSO-d_{6}): \delta = 1,29 (s, 3H; H de acetonuro), 1,39-1,43 (m, 2H; H de engarce), 1,47-1,50 (m, 2H; H de engarce), 1,53 (s, 3H; H de acetonuro), 2,78-2,82 (m, 8H; H de engarce y N(CH_{3})_{2}), 3,16-3,24 (m, 2H; H de engarce), 3,50-3,58 (m, 2H; 5'-H), 4,12-4,14 (m, 1H; 4'-H), 4,94 (dd, J^{3} = 2,7, 6,1 Hz, 1H; 3'-H), 5,33 (dd, J^{3} = 3,7, 6,1 Hz, 1H; 2'-H), 5,41-5,44 (m, 1H; 5'-OH), 6,01 (d, J^{3} = 3,5 Hz, 1H; 1'-H), 6,49 (s, ancha, 2H; 6-NH_{2}), 6,85 (t, J^{3} = 5,0 Hz, 1H; 8-NH), 7,22 (d, J^{3} = 7,5 Hz, 1H; H aromático), 7, 54-7,61 (m, 2H; H aromático), 7,87-7,90 (m, 1H; NHSO_{2}), 7,90 (s, 1H; 2-H), 8,08 (d, J^{3} = 7,2 Hz, 1H; H aromático), 8,30 (d, J^{3} = 8,5 Hz, 1H; H aromático), 8,43 (d, J^{3} = 8,5 Hz, 1H; H aromático).
RMN-C^{13} (125,7 MHz, DMSO-d_{6}): \delta = 25,42 (q; acetonuro-CH_{3}), 26,00 (t; C de engarce), 26,96 (t; C de engarce), 27,33 (q; acetonuro-CH_{3}), 41,92 (t; C de engarce), 42,43 (t; C de engarce), 45,21 (q; N(CH_{3})_{2}), 61,40 (t; 5'-C), 81,14 (d; 3'-C), 81,50 (d; 2'-C), 85,29 (d; 4'-C), 87,85 (d; 1'-C), 113,38 (s), 115,24 (d; C aromático), 117,24 (s), 119,29 (d; C aromático), 123,72 (d; C aromático), 127,92 (d; C aromático), 128,31 (d; C aromático), 129,26 (s), 129,48 (d; C aromático), 136,27 (s), 148,89 (d; 2-C), 149,30 (s), 151,20 (s), 151,50 (s), 152,58 (s).
EM-ESI, m/z (%): 627,1 (100) [M + H]^{+}, 455,2 (8) [adenina + engarce + dansilo + H]^{+}.
1.3 8-amino-[1''-(N''-dansil)-4''-aminobutil]-2',3'-O-isopropilideno-5'-O- mesil-adenosina, compuesto 12
A una solución del compuesto 11 (181 mg, 0,32 mmoles) y dimetilaminopiridina (40 mg, 0,32 mmoles) en cloruro de metileno seco (20 ml) se le añade en atmósfera de argón trietilamina seca (1,1 ml, 8,0 mmoles) y se enfría la solución resultante a 0ºC. Se añade cloruro de mesilo (200 \mul, 2,6 mmoles) y se agita la solución durante 30 min. Se interrumpe la reacción con una solución fría de hidrogenocarbonato sódico (5 ml). Se extrae la solución tres veces con cloroformo frío (10 ml). Se reúnen las fases orgánicas y se elimina el disolvente a presión reducida. Se purifica el producto en bruto por cromatografía de columna (gel de sílice, 40 g, elución con cloruro de metileno/metanol 97:3). Rendimiento: 96 mg (43%).
R_{f} = 0,55 (cloruro de metileno/metanol 9:1).
RMN-H^{1} (500 MHz, CDCl_{3}): \delta = 1,37 (s, 3H; H de acetonuro), 1,45-1,48 (m, 2H; H de engarce), 1,59-1,61 (m, 5H; H de engarce y H de acetonuro), 2,85 (s, 6H; N(CH_{3})_{2}), 2,96 (s, 3H; SO_{2}CH_{3}), 2,98-3,02 (m, 2H; H de engarce), 3,32-3,36 (m, 2H; H de engarce), 4,33-4,43 (m, 3H; 5'-H y 4'-H), 5,03 (dd, J^{3} = 9,8, 6,1 Hz, 1H; 3'-H), 5,52 (dd, J^{3} = 2,5, 6,5 Hz, 1H; 2'-H), 6,04 (d, J^{3} = 2,5 Hz, 1H; 1'-H), 6,13 (s, ancha, 2H; 6-NH_{2}), 6,91 (t, J^{3} = 5,8 Hz, 1H; 8-NH), 7,13 (d, J^{3} = 7,3 Hz, 1H; H aromático), 7,43 (t, J^{3} = 8,2 Hz, 1H; H aromático), 7,50 (t, J^{3} = 7,9 Hz, 1H; H aromático), 8,10 (s, 1H, 2-H), 8,23 (d, J^{3} = 7,0 Hz, 1H; H aromático), 8,37 (d, J^{3} = 8,5 Hz, 1H; H aromático), 8,51 (d, J^{3} = 8,6 Hz, 1H, H aromático).
RMN-C^{13} (125,7 MHz, CDCl_{3}): \delta = 24,62 (q; acetonuro-CH_{3}), 25,30 (t; C de engarce), 26,89 (t; C de engarce), 27,04 (q; acetonuro-CH_{3}), 37,50 (q; SO_{2}CH_{3}), 41,58 (t; C de engarce), 42,70 (t; C de engarce), 45,44 (q; N(CH_{3})_{2}), 68,38 (t; 5'-C), 80,10 (d; 3'-C), 82,11 (d; 2'-C), 83,29 (d; 4'-C), 88,63 (d; 1'-C), 115,16 (d; C aromático), 118,94 (d; C aromático), 123,23 (d; C aromático), 128,20 (d; C aromático), 129,70 (d; C aromático), 130,37 (d; C aromático), 149,78 (d; 2-C), 151,84 (s), 152,41 (s).
EM-ESI: m/z (%): 705,3 (70) [M + H]^{+}, 609,7 (100) [ciclonucleósido + H]^{+}.
1.4 8-amino-[1''-(N''-dansil)-4''-aminobutil]-5'-O-mesil-adenosina, compuesto 13
Se disuelve el nucleósido 12 (96,2 mg, 0,14 mmoles) en ácido fórmico acuoso (al 50%, 10 ml) y se agita la solución resultante a temperatura ambiente durante 4 h. Una vez completada la conversión se elimina el disolvente a presión reducida y se coevapora el disolvente restante con una mezcla de agua y metanol (1:1, 5 ml). Se purifica el producto en bruto por cromatografía de columna (gel de sílice, 15 g, elución con cloruro de metileno/metanol 9:1). Rendimiento: 49,2 mg (55%).
R_{f} = 0,23 (cloruro de metileno/metanol 9:1).
RMN-H^{1} (500 MHz, DMSO-d_{6}): \delta = 1,36-1,42 (m, 2H; H de engarce), 1,47-1,53 (m, 2H; H de engarce), 2,77-2,79 (m, 2H; H de engarce), 2,81 (s, 6H; N(CH_{3})_{2}), 3,07 (s, 3H; SO_{2}CH_{3}), 3,17-3,20 (m, 2H; H de engarce), 4,01-4,04 (m, 1H; 4'-H), 4,33-4,47 (m, 3H; 5'-H y 3'-H), 5,08 (ddd = q, J^{3} = 5,5 Hz, 1H; 2'-H), 5,37 (d, J^{3} = 5,5 Hz, 1H; OH), 5,44 (d, J^{3} = 5,5 Hz, 1H; OH), 5,72 (d, J^{3} = 5,1 Hz, 1H; 1'-H), 6,48 (s, ancha, 2H; 6-NH_{2}), 6,78 (t, J^{3} = 5,3 Hz, 1H; 8-NH), 7,24 (d, J^{3} = 7,8 Hz, 1H; H aromático), 7,57 (t, J^{3} = 8,3 Hz, 1H; H aromático), 7,61 (t, J^{3} = 7,8 Hz, 1H; H aromático), 7,88 (s, 1H, 2-H), 7,95 (t, J^{3} = 5,7 Hz, 1H; NHSO_{2}), 8,08 (d, J^{3} = 6,9 Hz, 1H; H aromático), 8,28 (d, J^{3} = 8,7 Hz, 1H; H aromático), 8,44 (d, J^{3} = 8,7 Hz, 1H; H aromático).
RMN-C^{13} (125,7 MHz, DMSO-d_{6}): \delta = 27,24 (t; C de engarce), 28,06 (t; C de engarce), 37,91 (q; SO_{2}CH_{3}), 43,07 (t; C de engarce), 43,58 (t; C de engarce), 46,41 (q; N(CH_{3})_{2}), 71,21 (t; 5'-C), 71,45 (d; 3'-C), 71,61 (d; 2'-C), 82,20 (d; 4'-C), 88,63 (d; 1'-C), 116,44 (d; C aromático), 118,76 (s), 120,46 (d; C aromático), 124,98 (d; C aromático), 129,16 (d; C aromático), 129,54 (d; C aromático), 130,34 (s), 130,39 (d; C aromático), 130,68 (s), 137,35 (s), 149,95 (d; 2-C), 150,78 (s), 152,66 (s), 153,06 (s), 153,73 (s).
EM-ESI: m/z (%): 665,6 (85) [M + H]^{+}, 687,4 (100) [M + Na]^{+}.
1.5 Síntesis de la 8-amino-[1''-(N''-dansil)-4''-aminobutil-5'-(1- aziridinil)-5'-desoxiadenosina, compuesto 9
Se disuelve el nucleósido 13 (20 mg, 30 \mumoles) en aziridina seca (S. Gabriel, Chem. Ber. 21, 2664-2669, 1888; S. Gabriel, R. Stelzner, Chem. Ber. 28, 2929-2938, 1895) (1 ml) y N-etildiisopropilamina (350 \mul) en atmósfera de argón y se agita a temperatura ambiente durante 3 d. Se hace el seguimiento de la reacción por cromatografía HPLC analítica de fase inversa (Hypersil-ODS, 5 \mum, 120 \ring{A}, 250 x 4,6 mm, Bischoff, Leonberg, Alemania). Se eluyen los compuestos con acetonitrilo (0% durante 5 min, después con un gradiente lineal hasta el 35% en 30 min y hasta el 70% en 10 min, 1 ml/min) en tampón de acetato de trietilamonio (0,1 M, pH 7,0). Una vez se ha completado la reacción se elimina el disolvente a presión reducida. Se purifica el producto en bruto por cromatografía de columna (gel de sílice, 2 g, elución con cloruro de metileno/metanol 9:1). Rendimiento: 6,7 mg (36%).
R_{f} = 0,23 (cloruro de metileno/metanol 9:1).
RMN-H^{1} (500 Hz, DMSO-d_{6}): \delta = 1,19-1,22 (m, 2H; H de aziridina), 1,32-1,34 (m, 2H; H de engarce), 1,37-1,39 (m, 2H; H de engarce), 1,59-1,61 (m, 2H; H de aziridina), 1,94 (dd, J^{3} = 3,2 Hz, J^{2} = 13,5 Hz, 1H; 5'-H_{a}), 2,74-2,79 (m, 2H; H de engarce), 2,81 (s, 6H; N(CH_{3})_{2}), 2,91-2,95 (m, 1H; 5'-H_{b}), 3,07-3,16 (m, 2H; H de engarce), 3,94-3,96 (m, 1H; 4'-H), 4,19-4,21 (m, 1H; 3'-H), 4,63-4,67 (m, 1H; 2'-H), 5,20 (d, J^{3} = 4,1 Hz, 1H; OH), 5,30 (d, J^{3} = 6,8 Hz, 1H; OH), 5,90 (d, J^{3} = 7,2 Hz, 1H; 1'-H), 6,42 (s, ancha, 2H; 6-NH_{2}), 7,23 (d, J^{3} = 7,2 Hz, 1H; H aromático), 7,55-7,61 (m, 3H; H aromático y 8-NH), 7,87 (s, 1H; 2-H), 7,95 (t, J^{3} = 5,6 Hz, 1H; NHSO_{2}), 8,08 (d, J^{3} = 7,2 Hz, 1H; H aromático), 8,28 (d, J^{3} = 8,6 Hz, 1H; H aromático), 8,43 (d, J^{3} = 8,6 Hz, 1H; H aromático).
RMN-C^{13} (125,7 MHz, DMSO-d_{6}): \delta = 26,92 (t; C de aziridina), 27,43 (t; C de engarce), 28,01 (t; C de engarce), 30,02 (t; C de aziridina), 43,02 (t; C de engarce), 43,65 (t; C de engarce), 46,41 (q; N(CH_{3})_{2}), 62,96 (t; 5'-C), 71,14 (d; 2'-C), 72,29 (d; 3'-C), 85,31 (d; 4'-C), 87,11 (d; 1'-C), 116,45 (d; C aromático), 118,20 (s), 120,45 (d; C aromático), 124,96 (d; C aromático), 129,16 (d; C aromático), 129,57 (d; C aromático), 130,00 (s), 130,36 (d; C aromático), 130,68 (s), 137,37 (s), 149,86 (d; 2-C), 151,49 (s), 152,42 (s), 152,66 (s), 153,43 (s).
EM-ESI: m/z (%): 612,7 (100) [M + H]^{+}.
2. Reacción enzimática con la metiltransferasa M\cdotTaqI de N6-adenina de DNA (esquema 7)
Se lleva a cabo esta reacción catalizada por enzima a 37ºC en una mezcla (500 \mul) de M\cdotTaqI libre de cofactor (5 nmoles, 10 \muM), oligodesoxinucleótido doble 3\cdot4 (5 nmoles, 10 \muM), el compuesto 9 (10 nmoles, 20 \muM), Tris-acetato (20 nM, pH 6,0), acetato potásico (50 mM), acetato magnésico (10 mM) y Triton X-100 (0,01%). Se hace el seguimiento de la reacción por cromatografía de intercambio aniónico (Poros 10 HQ, 10 \mum, 4,6 x 100 mm, PerSeptive Biosystems, Alemania). Se eluyen los compuestos con cloruro potásico acuoso (0,2 M durante 5 min, hasta 0,5 M en 5 min. y hasta 1 M en 30 min.) en tampón Tris-cloruro (10 mM, pH 7,0). Pasados 15 min se observa la conversión completa en un nuevo producto (que contiene DNA y proteína) con un tiempo de retención de 7,9 min. (En un ensayo paralelo de control sin M\cdotTaqI no se observa conversión alguna del oligodesoxinucleótido doble 3\cdot4.) Para fragmentar el complejo proteína-DNA obtenido se trata la solución reaccionante con una solución de hidróxido potásico (10 M) para ajustar el pH a 8,0. Seguidamente se añade una solución (4 \mul) de proteinasa K (31 mg/ml), Tris-cloruro (50 mM, pH 8,0) y cloruro cálcico (1 mM) y se incuba la mezcla reaccionante a 37ºC durante 1 h. Se hace el seguimiento de la fragmentación proteolítica por cromatografía de intercambio aniónico, del modo descrito anteriormente. La especie fluorescente, con un tiempo de retención de 7,9 min, desaparece y se forma un nuevo compuesto fluorescente 14\cdot4, con un tiempo de retención de 29,2 min (figura 5). Para la caracterización posterior se aísla el producto 14\cdot4 por cromatografía en fase inversa (columna: Hypersil-ODS, 5 \mum, 120 \ring{A}, 250 x 4,6 mm, Bischoff, Leonberg, Alemania; elución: tampón de acetato de trietilamonio 0,1 M, pH 7,0, durante 5 min, seguido de un gradiente lineal de acetonitrilo hasta el 35% en 30 min, 1 ml/min).
Análisis del producto oligodesoxinucleótido doble 14\cdot4 por fragmentación enzimática: se disuelve el 14\cdot4 purificado (0,57 OD a 260 nm) en tampón fosfato potásico (10 mM, pH 7,0, 228 \mul) que contiene cloruro magnésico (10 mM), DNasa I (2,7 U), fosfodiesterasa de bazo de ternera (0,055 U) y fosfatasa alcalina (13,7 U) y se incuba a 37ºC durante 20 h. Se inyecta una parte alícuota (100 \mul) en una columna HPLC de fase inversa (Hypersil-ODS, 5 \mum, 120 \ring{A}, 250 x 4,6 mm, Bischoff, Leonberg, Alemania) y se eluyen los productos con un gradiente lineal de acetonitrilo (0-10,5% en 30 min, seguido de 10,5-28% en 10 min y 28-70% en 15 min, 1 ml/min) en tampón acetato de trietilamonio (0,1 M, pH 7,0). Aparte de dC, dA, dG, T y dA^{Me}, se encuentra un nuevo compuesto fluorescente que eluye después de 49 min. Se aísla este nuevo compuesto y se detecta como ion cargado positivamente en m/z 863,1 por EM-ESI (LCQ conectado a una fuente de ion de nanoelectropulverización, Finnigan MAT, Alemania). La masa hallada es idéntica a la masa molecular calculada (863,4) de una 2'-desoxiadenosina protonada y modificada con el compuesto 9.
3. Marcado fluorescente 3.1 Marcado fluorescente del DNA plásmido empleando la metiltransferasa M\cdotTaqI de N6-adenina de DNA
Se lleva a cabo la reacción de marcado, catalizada por una enzima, a 65ºC en una mezcla (500 \mul) de M\cdotTaqI libre de cofactor (133 nM), pUC19 DNA (28 nM, 4 sitios de reconocimiento para la M\cdotTaqI), compuesto 9 (20 \muM), Tris-acetato (20 mM, pH 6,0), acetato potásico (50 mM), acetato magnésico (10 mM) y Triton X-100 (0,01%). Se hace el seguimiento de la reacción mediante cromatografía de intercambio aniónico (columna NUCLEOGEN DEAE 4000-7, 7 \mum, 125 x 6,2 mm, Machery-Nagel, Düren, Alemania). Se eluyen los compuestos con cloruro potásico acuoso (0,2 M durante 5 min, después con un gradiente lineal hasta 1 M en 30 min) en tampón Tris-cloruro (10 mM, pH 7,0) que contiene acetonitrilo (20%). En la figura 6 se presentan los cromatogramas de la cromatografía de intercambio aniónico después de diversos períodos de incubación (A: detección UV a 260 nm; B: detección por fluorescencia). El desplazamiento entre la absorción UV observada y la fluorescencia se debe a la separación espacial del detector UV y del detector de fluorescencia. La reacción de marcado que proporciona el pUC19 fluorescente se completa en 8 h. No se observa la presencia de pUC19 marcado con un marcador fluorescente en un ensayo paralelo de control que se efectúa sin M\cdotTaqI (figuras 7A y 7B).
3.2 Marcado fluorescente con DNA plásmido empleando la metiltransferasa M\cdotHhaI de C5-citosina de DNA
Se lleva a cabo la reacción de marcado, catalizada por una enzima, a 37ºC en una mezcla (100 \mul) de M\cdotHhaI libre de cofactor (730 nM), pUC19 DNA (40 nM, 27 sitios de reconocimiento para la M\cdotHhaI), compuesto 9 (20 \muM), Tris-cloruro (10 mM, pH 6,85), cloruro sódico (50 mM), EDTA (0,5 mM) y \beta-mercaptoetanol (2 mM). Se realiza un ensayo paralelo de control sin M\cdotHhaI. Se analizan partes alícuotas de ambas incubaciones después de 20 h de reacción mediante cromatografía de intercambio aniónico, ya descrita anteriormente (ver ejemplo 2, apartado 3.1). Los cromatogramas obtenidos se presentan en la figura 8 (A: detección UV a 260 nm; B: detección por fluorescencia). En ausencia de M\cdotHhaI no se observa la presencia de marcador fluorescente.

Claims (25)

1. Derivado de aziridina ajustados a la fórmula (I)
11
en la que X es N o CH, Y es N o -CH^{3}, R^{1} y R^{3} con independencia entre sí son H, H^{3}, -NH(CH_{2})_{n}NHR^{4} o -NH(C_{2}H_{5}O)_{n}C_{2}H_{5}NHR^{4} y R^{4} se elige entre fluoróforos, trazadores isotópicos (tags) de afinidad, agentes de reticulación, cromóforos, proteínas, péptidos, aminoácido que pueden estar eventualmente modificados, nucleótidos, nucleósidos, ácidos nucleicos, hidratos de carbono, lípidos, polietilenglicol (PEG), reactivos de transfección, esferillas y agentes de intercalado, n es un número entero de 1 a 5000, y R^{2} se elige entre H, H^{3} y -CH_{2}CH(COOH)(NH_{2}).
2. Derivado de aziridina de la reivindicación 1, en el que X e Y son, ambos, N.
3. Derivado de aziridina según la reivindicación 1, en el solo uno de R^{1} y R^{3} es -NH(CH_{2})_{n}NHR^{4} o -NH(C_{2}H_{5}O)_{n}
C_{2}H_{5}NHR^{4} y el otro es H.
4. Derivado de aziridina según la reivindicación 1, en el que dicho fluoróforo se elige entre BODIPY, la cumarina, el dansilo, la fluoresceína, el mansilo, el pireno, la rodamina, el rojo Texas, el TNS, los fluoróforos de cianina, por ejemplo Cy2, Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5 y Cy7 y los derivados de los mismos.
5. Derivado de aziridina según la reivindicación 1, en el que dicho trazador isotópico (tag) es un tag péptido, la biotina, la digoxigenina o el dinitrofenol.
6. Derivado de aziridina según la reivindicación 5, en el que dicho tag péptido es un his-tag o cualquier tag con propiedades quelantes de metales que pueda utilizarse en la IMAC, un strep-tag, un flag-tag, un c-myc-tag, epítopes o glutationa.
7. Derivado de aziridina según la reivindicación 1, en el que dicho agente reticulante es la maleimida, la yodoacetamida, un derivado de las anteriores o un derivado de aldehído o un agente fotorreticulante.
8. Derivado de aziridina según la reivindicación 7, en el que dicho agente reticulante es una arilazida, un compuesto diazo o un compuesto de benzofenona.
9. Un complejo del compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 8 con una metiltransferasa que normalmente utiliza como cofactor la S-adenosil-L-metionina (SAM).
10. Un complejo según la reivindicación 9, en el que dicha metiltransferasa normalmente transfiere el grupo metilo de la SAM a una molécula de ácido nucleico, a un polipéptido, a una proteína, a una enzima o a una molécula pequeña.
11. Un complejo según la reivindicación 10, en el que dicha metiltransferasa metila el DNA.
12. Un complejo según la reivindicación 11, en el que dicha metiltransferasa forma parte de un sistema de modificación por restricción de una bacteria.
13. Un complejo según la reivindicación 10, en el que dicha metiltransferasa metila distintos aminoácidos de proteínas.
14. El complejo de la reivindicación 12, en el que la metiltransferasa se elige entre las metiltransferasas de DNA: la M\cdotTaqI y la M\cdotHhaI.
15. Un kit que contiene el compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 8 y además una metiltransferasa definida en una cualquiera de las reivindicaciones de 9 a 14.
16. Una composición para el diagnóstico que contiene el compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 8 o un complejo definido en una cualquiera de las reivindicaciones de 9 a 14.
17. Uso del compuesto de una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 8 en calidad de cofactor de una metiltransferasa.
18. Uso según la reivindicación 17, en el que la molécula diana de la metiltransferasa es una molécula de ácido nucleico, un polipéptido, un polímero sintético o una molécula pequeña.
19. Uso según la reivindicación 18, en el que la molécula de ácido nucleico es el DNA o el RNA o un híbrido de ambos.
20. Uso según la reivindicación 18, en el que la molécula pequeña es un lípido.
21. Uso según la reivindicación 18, en el que el polipéptido es una proteína o una proteína de fusión que contiene un sitio de metilación.
22. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones de 17 a 21, en el que la metiltransferasa es una metiltransferasa definida en una cualquiera de las reivindicaciones de 9 a 14.
23. Un método de obtención de una molécula diana modificada que consiste en la incubación de la molécula diana con el compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 8 en presencia de una metiltransferasa que es capa de utilizar el compuesto como cofactor y en condiciones que permitan la transferencia del compuesto o de una parte del mismo a la molécula diana.
24. El método de la reivindicación 23, en el que la metiltransferasa es una metiltransferasa definida en una cualquiera de las reivindicaciones de 9 a 14.
25. El método de la reivindicación 23 ó 24, en el que la molécula diana es la definida en una cualquiera de las reivindicaciones de 18 a 21.
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