ES2249986B1 - SYNTHESIS OF FLUORESCENT DERIVATIVES OF TACROLIMUS (FK506) AND ITS USE IN THE CHARACTERIZATION OF THE INTERACTION OF FK506 WITH PROTEINS UNION TO FK506. - Google Patents
SYNTHESIS OF FLUORESCENT DERIVATIVES OF TACROLIMUS (FK506) AND ITS USE IN THE CHARACTERIZATION OF THE INTERACTION OF FK506 WITH PROTEINS UNION TO FK506. Download PDFInfo
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Abstract
Se describe la síntesis, purificación y caracterización de derivados fluorescentes de tacrolimus (FK506) que tienen aplicación, entre otras, al estudio de proteínas de unión de FK506 presentes, entre otros medios, en fluidos extracelulares para determinar su contribución favorable o desfavorable en el transporte, unión e internación celular de este fármaco. El método analítico se basa, si bien no está limitado a ello, en la determinación de la unión del derivado fluorescente del FK506 a la proteína objeto del estudio, mediante el seguimiento de los cambios en uno o varios de los siguientes parámetros de la fluorescencia de dicho derivado fluorescente: la intensidad de emisión de fluorescencia y/o la polarización de fluorescencia en estado estacionario, los desplazamientos espectrales (máximos de absorción y/o emisión), la cinética de extinción de la intensidad fluorescencia y/o la polarización de fluorescencia, así como cambios en alguno o varios de dichos parámetros por existir fenómenos de transferencia de energía resonante (FRET) a un aceptor o desde un dador.The synthesis, purification and characterization of fluorescent derivatives of tacrolimus (FK506) are described, which have application, among others, to the study of FK506 binding proteins present, among other means, in extracellular fluids to determine their favorable or unfavorable contribution in transport , cell binding and hospitalization of this drug. The analytical method is based, although not limited to it, on the determination of the binding of the fluorescent derivative of the FK506 to the protein under study, by monitoring the changes in one or more of the following fluorescence parameters of said fluorescent derivative: fluorescence emission intensity and / or steady state fluorescence polarization, spectral shifts (maximum absorption and / or emission), extinction kinetics of fluorescence intensity and / or fluorescence polarization, as well as changes in some or several of said parameters due to the existence of phenomena of resonant energy transfer (FRET) to an acceptor or from a donor.
Description
Síntesis de derivados fluorescentes de tacrolimus (FK506) y su uso en la caracterización de la interacción de FK506 con proteínas de unión a FK506.Synthesis of fluorescent derivatives of tacrolimus (FK506) and its use in the characterization of the interaction of FK506 with FK506 binding proteins.
La invención se refiere a los campos bioquímico/biotecnológico/biológico (estudios de interacción de proteínas con moléculas pequeñas de actividad farmacológica), médico-farmacéutico (estudio de los mecanismos de acción de fármacos), químico-analítico (métodos de cuantificación de la unión de proteínas a moléculas sintéticas) y químico-orgánico (métodos de síntesis de moléculas orgánicas con propiedades fluorescentes).The invention relates to the fields biochemical / biotechnological / biological (interaction studies of proteins with small molecules of pharmacological activity), doctor-pharmacist (study of the mechanisms of drug action), chemical-analytical (methods of quantification of protein binding to synthetic molecules) and chemical-organic (molecule synthesis methods organic with fluorescent properties).
El tacrolimus, también conocido en la
bibliografía como FK506, es un macrólido de nombre químico
1R,9S,12S,
13R,14S,17R,18E,21S,23S,24R,
25S,27R)-17-alil-1,14-dihidroxi-12-[(E)-2-[(1R,
3R,
4R)-4-hidroxi-3-metoxiciclohexil]-1-metilvinil]-23,25-dimetoxi-13,19,21,
27-tetra-metil-11,28-dioxa-4-azatriciclo[22.3.1.0^{4,9}]octacos-18-eno-2,3,
10,
16-tetrona (obtenido habitualmente en forma de
hidrato), producido por Streptomyces Tsukubaensis (T. Kino y
col., J. Antibiot. 1987, 40, 1249). La estructura del
tacrolimus se muestra en la Figura 1.Tacrolimus, also known in the literature as FK506, is a macrolide of chemical name 1 R , 9 S , 12 S ,
13 R , 14 S , 17 R , 18 E , 21 S , 23 S , 24 R , 25 S , 27 R ) -17-allyl-1,14-dihydroxy-12 - [( E ) -2 - [(1 R , 3 R , 4 R ) -4-hydroxy-3-methoxycyclohexyl] -1-methylvinyl] -23.25-dimethoxy-13,19,21, 27-tetra-methyl-11,28-dioxa-4-azatricyclo [22.3.1.0 4,9] octacos-18-eno-2,3,
10, 16-tetrone (usually obtained as a hydrate), produced by Streptomyces Tsukubaensis (T. Kino et al., J. Antibiot. 1987 , 40, 1249). The structure of tacrolimus is shown in Figure 1.
Tacrolimus es un potente inmunosupresor que se emplea en medicina clínica en trasplantes de hígado, riñón y pulmón (L.J. Scott y col., Drugs, 2003, 63, 1247). Además de su efecto inmunosupresor, el FK506 puede actuar como agente antiinflamatorio o antialérgico (J. Clardy, Proc. Natl. Acad. Sci. 1995, 92, 56; N. Keicho y col., Cell Immunol 1991, 132, 285; M.F. Sakr y col., J. HepatoL 1993, 17, 301).Tacrolimus is a potent immunosuppressant that is used in clinical medicine in liver, kidney and lung transplants (LJ Scott et al., Drugs, 2003 , 63, 1247). In addition to its immunosuppressive effect, FK506 can act as an anti-inflammatory or antiallergic agent (J. Clardy, Proc. Natl. Acad. Sci. 1995 , 92, 56; N. Keicho et al., Cell Immunol 1991 , 132, 285; MF Sakr et al., J. HepatoL 1993, 17, 301).
La actividad inmunosupresora del tacrolimus es particularmente importante ya que ha demostrado ser entre 50 y 100 veces más potente que el inmunosupresor ciclosporina A en la inhibición de la activación de las células T (T. Kino y col., J. Antibiot. 1987, 40, 1249), por lo que resulta ser una alternativa efectiva a la ciclosporina tanto en inmunosupresión primaria después del transplante de órganos sólidos, como en terapias de rescate en pacientes que presentan rechazo (A.D. Mayer y col., Transplantation 1997, 64, 436). El tacrolimus inhibe la activación de las células T al unirse, una vez internalizado en la célula T, a una proteína citosólica llamada FKBP (del inglés, FK506 binding protein). El complejo fármaco-proteína de unión se asocia a su vez con calcineurina, inhibiendo la actividad de este enzima dependiente de calcio, lo que da lugar a la inhibición de la activación de la expresión de linfoquinas. (G. Wiederrecht y col., Ann. N.Y. Acad. Sci., 1993, 696, 9).The immunosuppressive activity of tacrolimus is particularly important as it has been shown to be between 50 and 100 times more potent than the immunosuppressant cyclosporin A in inhibiting the activation of T cells (T. Kino et al., J. Antibiot. 1987 , 40 , 1249), so it turns out to be an effective alternative to cyclosporine both in primary immunosuppression after solid organ transplantation, and in rescue therapies in patients presenting with rejection (AD Mayer et al., Transplantation 1997 , 64, 436) . Tacrolimus inhibits the activation of T cells by binding, once internalized in the T cell, to a cytosolic protein called FKBP ( FK506 binding protein ). The drug-protein binding complex is in turn associated with calcineurin, inhibiting the activity of this calcium-dependent enzyme, which results in the inhibition of lymphokine expression activation. (G. Wiederrecht et al., Ann. NY Acad. Sci., 1993 , 696, 9).
El tacrolimus se administra por vía oral o intravenosa. Una vía alternativa, no ensayada todavía, es la vía inhalatoria, que sería especialmente eficaz en transplante de pulmón. El FK506 es bastante insoluble en agua (< 0.003 mg/mL a 25ºC) (K. Hane y col., Iyakuhin Kenkyu 1992, 23, 33), por lo que las dosis comerciales intravenosas de tacrolimus contienen habitualmente un agente solubilizante, como el aceite de castor polioxietilado, que es tóxico. El principal efecto secundario asociado a la administración clínica del tacrolimus es la nefrotoxicidad. También puede producir neurotoxicidad, asociada a dolor de cabeza, temblores, insomnio, dolor y otros síntomas.Tacrolimus is administered orally or intravenously. An alternative route, not yet tested, is the inhalation route, which would be especially effective in lung transplantation. FK506 is quite insoluble in water (<0.003 mg / mL at 25 ° C) (K. Hane et al., Iyakuhin Kenkyu 1992 , 23, 33), so that commercial intravenous doses of tacrolimus usually contain a solubilizing agent, such as polyoxyethylated castor oil, which is toxic. The main side effect associated with the clinical administration of tacrolimus is nephrotoxicity. It can also cause neurotoxicity, associated with headache, tremor, insomnia, pain and other symptoms.
La unión de fármacos a proteínas de fluidos como la seroalbúmina humana del plasma o la proteína A del surfactante pulmonar (SP-A) en el fluido alveolar, puede modificar las propiedades de dichos fármacos, disminuyendo a su vez la cantidad de fármaco libre (D. Silva y col., Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 2004, 60, 1215) y obligando a aumentar las dosis administradas para obtener el efecto deseado con el consecuente aumento de toxicidad. Alternativamente, las potenciales proteínas de unión presentes en fluidos extracelulares podrían facilitar el transporte del fármaco y su internalización en las células diana. La unión del FK506 a proteínas de fluidos extracelulares se desconoce hasta ahora.The binding of drugs to fluid proteins such as human plasma serum albumin or pulmonary surfactant protein A (SP-A) in the alveolar fluid, can modify the properties of such drugs, in turn decreasing the amount of free drug (D Silva et al., Spectrochim Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 2004 , 60, 1215) and forcing to increase the administered doses to obtain the desired effect with the consequent increase in toxicity. Alternatively, the potential binding proteins present in extracellular fluids could facilitate the transport of the drug and its internalization in the target cells. The binding of FK506 to extracellular fluid proteins is unknown until now.
La mayoría de los estudios de interacción de
fármacos con proteínas se realizan utilizando técnicas que
requieren condiciones no fisiológicas tales como elevadas
concentraciones de dichas proteínas, disolventes deuterados o
proteínas en estado cristalino. Una aproximación para investigar
la unión de tacrolimus a proteínas es preparar un derivado o
análogo de tacrolimus en el que se una químicamente, de forma
covalente, una estructura fluorescente a la molécula, como se ha
descrito para otras moléculas de posible o reconocida actividad
farmacológica (ver, p.e., G. Orellana et al. Patente ES
2197811; M.P. Lillo, y col., Biochemistry 2002, 41, 12436; F.
Amat et al, Patente ES 2105983; J.A. Evangelio y col.
Cell Motil Cytoskeleton 1998, 39, 73; G. Turcatti y col.
J. BioL Chem. 1997, 272, 21167; Han y col., Biochemistry
1996, 35, 14173; J.-M. Frére y col. Biochem. J. 1994,
300, 14 y Biochem. J. 1993, 291, 19;
C.D. Niebylski y
H.R. Petty, Biophys. J. 1993, 64, 701; Teng y col.,
Biochemistry 1991, 30, 7894). Ninguna de estas
publicaciones, sin embargo, revela ni menciona la posibilidad de
marcar fluorescentemente la molécula de tacrolimus.Most drug interaction studies with proteins are performed using techniques that require non-physiological conditions such as high concentrations of said proteins, deuterated solvents or proteins in the crystalline state. An approach to investigate the binding of tacrolimus to proteins is to prepare a derivative or analogue of tacrolimus in which a fluorescent structure is chemically covalently bound, as described for other molecules of possible or recognized pharmacological activity ( see, eg, G. Orellana et al. Patent ES 2197811; MP Lillo, et al., Biochemistry 2002 , 41, 12436; F. Amat et al, Patent ES 2105983; JA Evangelio et al. Cell Motil Cytoskeleton 1998 , 39, 73; G. Turcatti et al. J. BioL Chem. 1997 , 272, 21167; Han et al., Biochemistry 1996 , 35, 14173; J.-M. Frére et al. Biochem. J. 1994, 300, 14 and Biochem J. 1993, 291, 19;
CD Niebylski and HR Petty, Biophys. J. 1993 , 64, 701; Teng et al., Biochemistry 1991 , 30, 7894). None of these publications, however, reveals or mentions the possibility of fluorescently labeling the tacrolimus molecule.
La fluorescencia, y en particular las técnicas
de polarización (anisotropía) de fluorescencia, son herramientas
muy útiles en el estudio de la mayoría de las interacciones
biomoleculares y macromoleculares, tales como
ADN-proteína, ADN-fármaco,
proteína-fármaco, proteína-proteína
o la unión de antígenos a anticuerpos (ver, por ejemplo, W.B.
Dandliker y col., Methods Enzymol. 1981, 74 Part C, 3). A
diferencia de otras técnicas analíticas, la fluorescencia no
requiere la separación física de las especies unidas y libres,
permitiendo medir directamente la relación de ligando unido y libre,
incluso en presencia de ligando libre. Al no ser necesario separar
el ligando libre del unido, todas las medidas de fluorescencia y
polarización de fluorescencia se realizan directamente en
disolución, tras alcanzar el equilibrio.
Además, como las
medidas de fluorescencia y polarización de fluorescencia no
adulteran las muestras, éstas pueden ser recuperadas para elucidar
el efecto en la unión ligando-biomolécula de
cambios en parámetros tales como pH, temperatura y concentración
salina. Así, la interacción del tacrolimus con su proteína de
unión o con proteínas de fluidos puede seguirse por cambios en la
intensidad de emisión de fluorescencia y en la polarización de
fluorescencia en estado estacionario, desplazamientos de los
espectros de absorción, excitación y/o emisión, variaciones en los
perfiles cinéticos de extinción de fluorescencia y/o polarización
de fluorescencia, así como los cambios de fluorescencia inducidos
por transferencia de energía resonante (FRET) ayo desde terceras
partes.Fluorescence, and in particular fluorescence polarization (anisotropy) techniques, are very useful tools in the study of most biomolecular and macromolecular interactions, such as DNA-protein, DNA-drug, protein-drug, protein-protein or the binding of antigens to antibodies (see, for example, WB Dandliker et al., Methods Enzymol. 1981 , 74 Part C, 3). Unlike other analytical techniques, fluorescence does not require the physical separation of bound and free species, allowing directly measure the ratio of bound and free ligand, even in the presence of free ligand. Since it is not necessary to separate the free ligand from the bound one, all fluorescence and fluorescence polarization measurements are performed directly in solution, after reaching equilibrium.
In addition, since fluorescence and fluorescence polarization measurements do not adulterate the samples, they can be recovered to elucidate the effect on the ligand-biomolecule junction of changes in parameters such as pH, temperature and saline concentration. Thus, the interaction of tacrolimus with its binding protein or with fluid proteins can be followed by changes in fluorescence emission intensity and steady state fluorescence polarization, shifts in absorption, excitation and / or emission spectra, variations in the kinetic profiles of fluorescence extinction and / or fluorescence polarization, as well as fluorescence changes induced by resonant energy transfer (FRET) to or from third parties.
El uso de aminonaftalensulfonatos sustituidos como sondas fluorescentes en proteínas y otras macromoléculas es bien conocido (L. Stryer, J.Mol. Biol. 1965, 13, 482; W.O. McClure y G.M. Edelman, Biochemistry 1966, 5, 1908; W.O. McClure y G.M. Edelman, Biochemistry 1967, 6, 559; W.O. McClure y G.M. Edelman, Biochemistry 1967, 6, 567; R.F. Chen y J.C. Kernochan, J. Biol. Chem. 1967, 242, 5813; J.R. Lakowicz, Principies of Fluorescence Spectroscopy 2ª edición, Kluwer, New York, 1999). Estos compuestos muestran cambios característicos en la localización de sus máximos de emisión de fluorescencia e intensidad de fluorescencia en función de la polaridad del disolvente que han permitido su uso para determinar sitios "polares" y "no polares" cuando interaccionan con macromoléculas. También son susceptibles de ser interrogados mediante técnicas de polarización de fluorescencia para el estudio de interacción de pequeñas moléculas con proteínas, para inmunoensayos fluorescentes o para el estudio de la microfluidez de membranas celulares.The use of substituted aminonaphthalenesulfonates as fluorescent probes in proteins and other macromolecules is well known (L. Stryer, J. Mol. Biol. 1965 , 13, 482; WO McClure and GM Edelman, Biochemistry 1966 , 5, 1908; WO McClure and GM Edelman, Biochemistry 1967 , 6, 559; WO McClure and GM Edelman, Biochemistry 1967 , 6, 567; RF Chen and JC Kernochan, J. Biol. Chem . 1967, 242, 5813; JR Lakowicz, Principies of Fluorescence Spectroscopy 2nd edition, Kluwer, New York, 1999). These compounds show characteristic changes in the location of their maximum fluorescence emission and fluorescence intensity depending on the polarity of the solvent that have allowed their use to determine "polar" and "non-polar" sites when interacting with macromolecules. They are also likely to be interrogated by fluorescence polarization techniques for the study of interaction of small molecules with proteins, for fluorescent immunoassays or for the study of cell membrane microfluidity.
K.C. Kasper et al. (Patente WO 01/09190) describen el uso de tacrolimus y derivados del tacrolimus unidos a proteínas de alto peso molecular o anticuerpos para el desarrollo de métodos inmunológicos analíticos para la determinación de tacrolimus. Sin embargo, si bien dichos derivados o análogos de tacrolimus son útiles para el desarrollo de dichos métodos y/o la producción de anticuerpos monoclonales para tacrolimus, los autores no preparan, mencionan o reivindican ningún derivado fluorescente de tacrolimus para el estudio de su unión a proteínas presentes en fluidos extracelulares u otros medios, ni dichos derivados podrían utilizarse en modo alguno para el estudio de la unión de tacrolimus a proteínas, lo que constituye el objeto de la presente invención.KC Kasper et al. ( WO 01/09190) describe the use of tacrolimus and derivatives of tacrolimus bound to high molecular weight proteins or antibodies for the development of analytical immunological methods for the determination of tacrolimus. However, although said derivatives or analogues of tacrolimus are useful for the development of said methods and / or the production of monoclonal antibodies to tacrolimus, the authors do not prepare, mention or claim any fluorescent derivative of tacrolimus for the study of their binding to proteins present in extracellular fluids or other media, nor said derivatives could be used in any way for the study of the binding of tacrolimus to proteins, which is the object of the present invention.
Asimismo, Bakhtiar y Stearns han descrito un procedimiento para investigar la unión del tacrolimus a proteínas (Rapid Commun. Mass Spectrom. 1995, 9, 240). Sin embargo, el procedimiento para tal fin descrito en esta publicación emplea la técnica de espectrometría de masas con ionización por electropulverización, la cual es de aplicación restringida a moléculas proteicas de determinada magnitud y requiere de instrumentación sofisticada y cara, lo que limita su aplicabilidad. Por el contrario, las técnicas de estudio de unión a proteínas u otras biomoléculas, basadas en la monitorización de la fluorescencia del fármaco marcado han demostrado una versatilidad, eficacia coste/prestaciones, sencillez, resolución, seguridad, fiabilidad y rapidez difícilmente superables (ver, por ejemplo, R. Kraayenhof et al. (eds.), Fluorescence Spectroscopy, Imaging and Probes, Springer, Berlin-Heidelberg, 2002; B. Valeur y J.-C. Brochon (eds.), New Trends in Fluorescence Spectroscopy: Applications to Chemical and Life Sciences, Springer, Berlin-Heidelberg, 2001; A. Prasanna de Silva et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1999, 96, 8336).Likewise, Bakhtiar and Stearns have described a procedure to investigate the binding of tacrolimus to proteins ( Rapid Commun. Mass Spectrom . 1995, 9, 240). However, the procedure for this purpose described in this publication uses the technique of mass spectrometry with electrospray ionization, which is restricted to protein molecules of a certain magnitude and requires sophisticated and expensive instrumentation, which limits its applicability. On the contrary, the techniques of study of binding to proteins or other biomolecules, based on the monitoring of the fluorescence of the labeled drug, have demonstrated a versatility, cost / performance efficiency, simplicity, resolution, safety, reliability and speed hardly exceeded (see, for example, R. Kraayenhof et al . (eds.), Fluorescence Spectroscopy, Imaging and Probes , Springer, Berlin-Heidelberg, 2002; B. Valeur and J.-C. Brochon (eds.), New Trends in Fluorescence Spectroscopy: Applications to Chemical and Life Sciences , Springer, Berlin-Heidelberg, 2001; A. Prasanna de Silva et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1999, 96, 8336).
La presente invención describe la posibilidad de marcar fluorescentemente el tacrolimus en una posición que no afecta a su unión a proteínas. El tacrolimus así etiquetado se ha empleado en el estudio de las proteínas que se unen a tacrolimus, particularmente aquellas que están presentes en fluidos extracelulares, sin quedar con ello restringido a dichos medios.The present invention describes the possibility of fluorescently mark tacrolimus in a position that does not It affects your protein binding. The tacrolimus thus labeled has used in the study of proteins that bind tacrolimus, particularly those that are present in fluids extracellular, without being restricted thereto media.
La presente invención se refiere a la síntesis, aislamiento y caracterización de derivados altamente fluorescentes de tacrolimus (FK506) que tienen aplicación, sin estar restringido en modo alguno a ella, a la elucidación y caracterización de la interacción del tacrolimus con proteínas de unión a tacrolimus (FKBPs). Las proteínas pueden encontrarse preferentemente en fluidos extracelulares, pero en modo alguno la metodología analítica que aquí se describe queda restringida a tales lugares.The present invention relates to the synthesis, isolation and characterization of highly fluorescent derivatives of tacrolimus (FK506) that have application, without being restricted in any way to her, to the elucidation and characterization of the interaction of tacrolimus with tacrolimus binding proteins (FKBPs). Proteins can preferably be found in extracellular fluids, but in no way the methodology analytical described here is restricted to such places.
Más concretamente, la invención describe la preparación y el empleo de derivados o análogos del fármaco tacrolimus en cuya estructura química se ha introducido otra entidad o sub-estructura molecular que emite luz (fluorescencia) ultravioleta o visible al ser excitada o iluminada con luz ultravioleta o visible, sin afectar a la capacidad de unirse a proteínas de la molécula original. Los derivados fluorescentes que aquí se revelan se obtienen, en general, por procedimientos químicos que comprenden tres etapas de síntesis, a partir del tacrolimus original y una molécula fluorescente apropiada, siempre que esta última contenga en su estructura molecular un grupo amino libre o pueda incorporarse previamente dicho grupo funcional.More specifically, the invention describes the preparation and use of derivatives or analogues of the drug tacrolimus whose chemical structure has introduced another molecular entity or sub-structure that emits light (fluorescence) ultraviolet or visible when excited or illuminated with ultraviolet or visible light, without affecting the ability to join to proteins of the original molecule. Fluorescent derivatives which are revealed here are obtained, in general, by procedures Chemicals comprising three stages of synthesis, from original tacrolimus and an appropriate fluorescent molecule, always that the latter contains in its molecular structure an amino group free or can be previously incorporated said functional group.
La síntesis de los derivados de tacrolimus que
incluyen una molécula fluorescente o fluorogénica en su
estructura, como pueden ser, aunque sin estar restringidos a ellas,
el dansilo
(5-(dimetilamino)-1-naftalenosulfonilo)
o la fluoresceina
(9-(o-carboxifenil)-6-hidroxi-3-isoxantenona)
derivatizadas por introducción de al menos un grupo aminoalquilo,
consta de tres etapas. En la primera, tiene lugar con excelente
rendimiento la incorporación de un grupo carboxilo al tacrolimus a
través de la reacción del grupo carbonilo C-22 del
tacrolimus (marcado con una flecha en la Figura 1) con la
carboximetoxilamina, de forma análoga al procedimiento
convencional descrito por K.C. Kasper et al.
(Patente
WO 01/09190). Seguidamente, los derivados carboxilados del
tacrolimus se activan, para un más eficaz ataque nucleófilo por el
grupo amino que porta la molécula fluorescente derivatizada, con
N-hidroxisuccinimida o N,N-diciclohexilcarbodiimida
comerciales, entre otros agentes descritos en la bibliografía para
tal fin solubles en medios no acuosos (R. P. Hughland, editor,
Handbook of Fluorescent Probes and Research Products, 8ª
edición, Molecular Probes, Eugene, OR, EEUU, 2002).The synthesis of tacrolimus derivatives that include a fluorescent or fluorogenic molecule in their structure, such as, but not limited to, dansyl (5- (dimethylamino) -1-naphthalenesulfonyl) or fluorescein (9- (or -carboxyphenyl) -6-hydroxy-3-isoxantenone) derivatized by introduction of at least one aminoalkyl group, consists of three stages. In the first, the incorporation of a carboxyl group to tacrolimus takes place with excellent performance through the reaction of the C-22 carbonyl group of tacrolimus (marked with an arrow in Figure 1) with carboxymethoxylamine, analogously to the conventional procedure described by KC Kasper et al .
(WO 01/09190). Subsequently, the carboxylated derivatives of tacrolimus are activated, for a more effective nucleophilic attack by the amino group carrying the derivatized fluorescent molecule, with commercial N -hydroxysuccinimide or N, N- dicyclohexylcarbodiimide, among other agents described in the literature for this purpose soluble in non-aqueous media (RP Hughland, editor, Handbook of Fluorescent Probes and Research Products , 8th edition, Molecular Probes, Eugene, OR, USA, 2002).
En la tercera etapa tiene lugar la unión o condensación entre el derivado activado del ácido carboxílico obtenido previamente y el derivado aminoalquilsustituido de la molécula fluorescente elegida (comercial o sintetizada previamente). Esta etapa se lleva a cabo, preferiblemente, en ausencia de luz con el fin de evitar fotodegradaciones del grupo fluorogénico y controlando cuidadosamente la rigurosa ausencia de agua en el medio de reacción, a fin de evitar la hidrólisis indeseable del tacrolimus activado obtenido en la etapa anterior.In the third stage the union takes place or condensation between the activated carboxylic acid derivative previously obtained and the substituted aminoalkyl derivative of the chosen fluorescent molecule (commercial or previously synthesized). This stage is preferably carried out in the absence of light. in order to avoid photodegradations of the fluorogenic group and carefully controlling the rigorous absence of water in the middle reaction, in order to avoid undesirable hydrolysis of the activated tacrolimus obtained in the previous stage.
La única limitación encontrada a estas reacciones es que no deben alterar la estructura molecular fundamental (responsable de su actividad como tal y de su unión a proteínas) del tacrolimus precursor, excepto en lo que se refiere al grupo carbonilo C-22 del mismo.The only limitation found to these reactions is that they should not alter the molecular structure fundamental (responsible for its activity as such and its union to proteins) of the precursor tacrolimus, except as regards C-22 carbonyl group thereof.
Además, la patente revela la aplicación del derivado fluorescente del tacrolimus al estudio de la interacción del mismo con proteínas de unión a tacrolimus empleando, aunque sin estar de ningún modo restringidas a ellas, las técnicas de emisión de fluorescencia en estado estacionario, polarización de fluorescencia en estado estacionario y polarización de fluorescencia con resolución temporal. Asimismo, estas técnicas de fluorescencia pueden utilizarse, sin estar restringido a ello, para elucidar la interacción con proteínas presentes en espacios extracelulares.In addition, the patent reveals the application of fluorescent derivative of tacrolimus to the interaction study thereof with tacrolimus binding proteins using, although without being in any way restricted to them, the techniques of steady state fluorescence emission, polarization of steady state fluorescence and polarization of fluorescence with temporal resolution. Also, these techniques of fluorescence can be used, without being restricted to it, to elucidate the interaction with proteins present in spaces extracellular
La invención incluye unas figuras que con carácter representativo muestran:The invention includes figures that with Representative character show:
La Figura 1 representa la estructura química del Tacrolimus (FK506). La flecha indica el grupo funcional carbonilo a través del cual se realiza la unión de las estructuras fluorescentes que confieren esta propiedad a las moléculas resultantes.Figure 1 represents the chemical structure of the Tacrolimus (FK506). The arrow indicates the carbonyl functional group a through which the union of the structures is made fluorescents that confer this property on molecules resulting.
La Figura 2 muestra la reacción química de formación de la carboximetoxiloxima del tacrolimus en el C-22 que permite introducir un grupo carboxilo reactivo en el tacrolimus no existente en la molécula original, en una posición que no altera significativamente la estructura química del fármaco.Figure 2 shows the chemical reaction of formation of the carboxymethoxyloxime of tacrolimus in the C-22 that allows to introduce a carboxyl group reagent in tacrolimus not existing in the original molecule, in a position that does not significantly alter the structure Drug chemistry.
La Figura 3 muestra la activación con diciclohexilcarbodiimida (DCC) de la carboximetoxiloxima del tacrolimus en el C-22 para hacer posible la reacción del grupo carboxilo con el grupo amino que porta la molécula fluorescente que se desea introducir.Figure 3 shows activation with dicyclohexylcarbodiimide (DCC) of the carboxymethoxyloxime of tacrolimus on the C-22 to make the reaction possible of the carboxyl group with the amino group that carries the molecule fluorescent to be introduced.
La Figura 4 representa la unión covalente de la dansilcadaverina a la carboximetoxiloxima activada del tacrolimus mediante la formación de un grupo carboxamida.Figure 4 represents the covalent junction of the dansilcadaverine to the activated carboxymethoxy oxime of tacrolimus by forming a carboxamide group.
La Figura 5 muestra el efecto de la proteína SP-A del fluido alveolar sobre los espectros de emisión (\lambda_{exc} = 340 nm) (A) y de excitación (\lambda_{em} = 505 nm) de 5 x 10^{-4} mM dansil-FK506. Las líneas continuas representan los espectros de Dansil-FK506 en tampón 5 mM Tris, 150 mM NaCl, 0.1 mM EDTA, pH 7.4. Las líneas discontinuas representan los espectros de excitación y emisión de dansyl-FK506 en presencia de proteína.Figure 5 shows the effect of the protein SP-A of the alveolar fluid on the spectra of emission (λ exc = 340 nm) (A) and excitation (λ em = 505 nm) of 5 x 10-4 mM dansil-FK506. The solid lines represent the Dansil-FK506 spectra in 5 mM Tris buffer, 150 mM NaCl, 0.1 mM EDTA, pH 7.4. Dashed lines represent the excitation and emission spectra of dansyl-FK506 in the presence of protein.
La Figura 6 muestra que la proteína SP-A del fluido alveolar no tiene ningún efecto sobre los espectros de emisión (\lambda_{exc}= 340 nm) (A) y de excitación (\lambda_{em}= 505 nm) de 5 x 10^{-4} mM dansilcadaverina (sonda fluorescente libre). Las líneas continuas (---) representan los espectros de dansilcadaverina en tampón 5 mM Tris, 150 mM NaCl, 0.1 mM EDTA, pH 7.4. Las líneas discontinuas (- - - -) representan los espectros de excitación y emisión de dansilcadaverina en presencia de proteína.Figure 6 shows that the protein Alveolar fluid SP-A has no effect on the emission spectra (λ exc = 340 nm) (A) and of excitation (λ em = 505 nm) of 5 x 10-4 mM dansilcadaverine (free fluorescent probe). Continuous lines (---) represent the spectra of dansilcadaverin in 5 mM buffer Tris, 150 mM NaCl, 0.1 mM EDTA, pH 7.4. Dashed lines (- - - -) represent the excitation spectra and emission of dansilcadaverin in the presence of protein.
La Figura 7 muestra el efecto de distintas concentraciones de la proteína SP-A del fluido alveolar (panel A) y de la albúmina del plasma sanguíneo (panel B) sobre la anisotropía de emisión de fluorescencia de dansil-FK506 en tampón 5 mM Tris, 150 mM NaCl, 0.1 mM EDTA, pH 7.4; (\lambda_{exc} = 340 nm, \lambda_{em} = 505 nm, 25ºC).Figure 7 shows the effect of different fluid SP-A protein concentrations alveolar (panel A) and blood plasma albumin (panel B) on fluorescence emission anisotropy of dansil-FK506 in 5 mM Tris buffer, 150 mM NaCl, 0.1 mM EDTA, pH 7.4; (\ lambda_ {exc} = 340 nm, \ lambda_ {em} = 505 nm, 25 ° C).
La molécula del tacrolimus (FK506), si bien dispone de gran número de grupos funcionales (Figura 1), no se puede derivatizar o funcionalizar fácilmente. En efecto, algunos de ellos son escasamente reactivos, intrínsecamente (como la carboxamida C8) o por impedimentos estéricos (como el hidroxilo en C10). Otros darían lugar a poliderivatización (e.g. los hidroxilos en C24 y en el anillo ciclohexánico, o los dos grupos alqueno presentes en el fármaco), mientras que ciertas funcionalizaciones probablemente darían lugar a la pérdida de su actividad o conformación. Recientemente Kasper, et al. (Patente WO 01/09190) han descrito un procedimiento adecuado para incorporar derivados al tacrolimus en una posición que no interfiere en la producción de anticuerpos contra el mismo (C22), lo que llevó a pensar que dicha posición también podría ser útil para introducir un grupo o molécula fluorescente que permitiera estudiar la unión del análogo de tacrolimus a proteínas.The tacrolimus molecule (FK506), although it has a large number of functional groups (Figure 1), cannot be easily derivatized or functionalized. Indeed, some of them are poorly reactive, intrinsically (such as C8 carboxamide) or by steric hindrances (such as C10 hydroxyl). Others would result in polyiderivatization (eg hydroxyl in C24 and in the cyclohexane ring, or the two alkene groups present in the drug), while certain functionalizations would probably result in the loss of their activity or conformation. Recently Kasper, et al. ( WO 01/09190) have described a suitable method for incorporating derivatives into tacrolimus in a position that does not interfere with the production of antibodies against it (C22), which led to the belief that such position could also be useful for introducing a group or fluorescent molecule that allowed to study the binding of the analogue of tacrolimus to proteins.
En esencia, el procedimiento que describe esta
patente se basa en la conocida reacción del tacrolimus con
carboximetoxilamina para dar lugar a la correspondiente
carboximetoxiloxima del fármaco en del carbonilo
C-22. De esta forma, queda incorporado al FK506 un
grupo carboxilo ligeramente separado de la estructura base
(un metileno), susceptible de ser convenientemente activado para
su reacción con grupos nucleofílicos (típicamente amina)
presentes en moléculas pequeñas fluorescentes o fluorogénicas
(Figuras 2-4). La amida resultante de la
unión del fluoróforo (molécula o sub-estructura
fluorescente) al tacrolimus es suficientemente estable para que el
conjugado pueda utilizarse, en un gran número de condiciones
experimentales y medios solventes, para estudiar su unión a
pro-
teínas.In essence, the process described in this patent is based on the known reaction of tacrolimus with carboxymethoxylamine to give rise to the corresponding carboxymethoxyloxime of the drug in C-22 carbonyl. In this way, a carboxyl group slightly separated from the base structure (a methylene) is incorporated into the FK506, which can be conveniently activated for its reaction with nucleophilic groups (typically amine ) present in small fluorescent or fluorogenic molecules (Figures 2-4) . The amide resulting from the binding of fluorophore (fluorescent molecule or substructure) to tacrolimus is stable enough so that the conjugate can be used, in a large number of experimental conditions and solvent media, to study its binding to pro
Theines
Con el fin de ilustrar el procedimiento de marcaje del fármaco FK506, se seleccionó, en primer lugar, el fluoróforo dansilo como etiqueta, dada la asequibilidad y bajo coste del mismo, la extensa bibliografía disponible como marcador de biomoléculas, así como su sensibilidad al microentorno, que permite al "reportero" informar sobre su localización cuando se encuentra en medios (micro)heterogéneos. Una vez puesto a punto el procedimiento de marcaje del FK506, podrían introducirse, sin más limitación que la de poseer en su estructura química al menos un grupo amino y no alterar la estructura fundamental del tacrolimus, otras sondas fluorescentes tales como las aminoderivadas del amarillo lucifer (lucifer yellow), dipirrometeno o la fluoresceína, entre otras, convenientemente funcionalizadas y disponibles comercialmente (por ejemplo, las sondas moleculares reactivas con grupos carboxilo fabricadas y comercializadas por Molecular Probes, Eugene, OR, Estados Unidos, cuyas estructuras químicas se pueden encontrar en el libro de R. P. Hughland, editor, Handbook of Fluorescent Probes and Research Products, 8ª edición, Molecular Probes, Eugene, OR, EEUU, 2002).In order to illustrate the FK506 drug labeling procedure, the dansyl fluorophore was selected as the label, given the affordability and low cost thereof, the extensive literature available as a biomolecule marker, as well as its sensitivity to the microenvironment , which allows the "reporter" to report its location when it is in heterogeneous (micro) media. Once the FK506 labeling procedure has been completed, at least one amino group could be introduced, without further limitation than having its chemical structure and not alter the fundamental structure of tacrolimus, other fluorescent probes such as those derived from lucifer yellow ( lucifer yellow ), dipyrrometene or fluorescein, among others, conveniently functionalized and commercially available (for example, molecular probes reactive with carboxyl groups manufactured and marketed by Molecular Probes, Eugene, OR, United States, whose chemical structures can be found in RP Hughland's book, editor, Handbook of Fluorescent Probes and Research Products , 8th edition, Molecular Probes, Eugene, OR, USA, 2002).
A título ilustrativo y sin que sea considerado como limitación al alcance de la presente invención, se explican a continuación ejemplos de la obtención de un derivado fluorescente del tacrolimus (Figuras 1-4), así como el empleo del mismo para el estudio de su unión a proteínas mediante técnicas de fluorescencia (Figuras 6-7). El tacrolimus está fabricado por los laboratorios farmaceúticos Fujisawa (Japón). La proteína SP-A humana se purifica, a partir del surfactante pulmonar aislado del lavado broncoalveolar, mediante extracciones secuenciales con n-octilglucósido y butanol (C. Casals y col., Biochem. J. 1993, 296, 585; García-Verdugo et al., Biochemistry 2002, 41, 14041; García-Verdugo et al., Biochemistry 2003, 42, 9532). La pureza de la proteína se comprueba utilizando electroforesis SDS-PAGE unidimensional en un gel con un 12% de poliacrilamida en condiciones reductoras (50 mM ditiotreitol). La cuantificación de SP-A se realiza mediante análisis de aminoácidos en un analizador Beckman System 6300 de alta resolución. Tanto la proteína de unión de tacrolimus (FKBP) como la seroalbúmina humana (HSA) se obtienen de Sigma (St. Louis, MO). Los reactivos químicos y disolventes que se mencionan en los ejemplos están disponibles comercialmente de uno o más fabricantes entre los que se encuentran, por ejemplo, Sigma-Aldrich, Fluka, Merck, Avocado, Molecular Probes, etc.By way of illustration and without being considered as a limitation on the scope of the present invention, examples of obtaining a fluorescent derivative of tacrolimus (Figures 1-4), as well as the use thereof for the study of their binding are explained below. to proteins by fluorescence techniques (Figures 6-7). Tacrolimus is manufactured by Fujisawa pharmaceutical laboratories (Japan). The human SP-A protein is purified, from the pulmonary surfactant isolated from bronchoalveolar lavage, by sequential extractions with n- octylglucoside and butanol (C. Casals et al., Biochem. J. 1993 , 296, 585; García-Verdugo et al., Biochemistry 2002 , 41, 14041; García-Verdugo et al., Biochemistry 2003 , 42, 9532). Protein purity is checked using one-dimensional SDS-PAGE electrophoresis in a gel with 12% polyacrylamide under reducing conditions (50 mM dithiothreitol). The quantification of SP-A is performed by amino acid analysis on a Beckman System 6300 high resolution analyzer. Both tacrolimus binding protein (FKBP) and human serum albumin (HSA) are obtained from Sigma (St. Louis, MO). The chemical reagents and solvents mentioned in the examples are commercially available from one or more manufacturers among which are, for example, Sigma-Aldrich, Fluka, Merck, Avocado, Molecular Probes, etc.
A una disolución de 0,061 mmol de FK506 (Fujisawa) en 10 mL de MeOH anhidro (grado HPLC, SDS) se añaden 0,34 mmol de acetato sódico (anhidro, PANREAC) y 0,31 mmol de clorhidrato de carboximetoxilamina (98%, ALDRICH). El sistema se dispone bajo atmósfera inerte (argon) y se mantiene agitando a temperatura ambiente durante 16 horas. La evolución de la reacción se sigue por cromatografía en capa fina (CCF) usando como eluyente una mezcla cuaternaria CH_{2}Cl_{2}-AcOEt-MeOH-HOAc (30:70:11:0.6, v/v/v/v) y como revelador el vapor de yodo. Transcurrido ese tiempo, se rotaevapora el MeOH y se adiciona cloroformo, observando la disolución parcial del crudo de reacción. El residuo insoluble está constituido por una mezcla del clorhidrato de la carboximetoxilamina (se utiliza en exceso) y acetato sódico, mientras que en la fase líquida se encuentra la oxima buscada, en forma de dos isómeros (anti y sin) como demuestra la CCF y la ^{1}H-RMN (200 MHz). Una vez extraída cuantitativamente la oxima por el cloroformo, se elimina el disolvente a presión reducida, apareciendo un sólido blanco (65 mg) que se identifica como la oxima objetivo (Figura 2) por su espectro de ^{1}H-RMN y su pureza se confirma por CCF (ausencia de otros productos secundarios).To a solution of 0.061 mmol of FK506 (Fujisawa) in 10 mL of anhydrous MeOH (HPLC grade, SDS) are added 0.34 mmol of sodium acetate (anhydrous, PANREAC) and 0.31 mmol of carboxymethoxylamine hydrochloride (98%, ALDRICH). The system is placed under an inert atmosphere (argon) and kept stirring at room temperature for 16 hours. The reaction evolution is followed by thin layer chromatography (TLC) using as a eluent a quaternary mixture CH 2 Cl 2 -AcOEt-MeOH-HOAc (30: 70: 11: 0.6, v / v / v / v) and as a developer iodine vapor. After that time, the MeOH is rotated and evaporated, chloroform is added, observing the partial dissolution of the reaction crude. The insoluble residue is constituted by a mixture of carboxymethoxylamine hydrochloride (used in excess) and sodium acetate, while in the liquid phase the desired oxime is found, in the form of two isomers ( anti and sin ) as demonstrated by the CCF and 1 H NMR (200 MHz). Once the oxime has been quantitatively extracted by the chloroform, the solvent is removed under reduced pressure, a white solid (65 mg) appearing that is identified as the target oxime (Figure 2) by its 1 H-NMR spectrum and its Purity is confirmed by CCF (absence of other secondary products).
La oxima obtenida en la etapa anterior (0,074
mmol) se disuelve en 5 mL de DMF anhidra (99,5%, FLUKA) y se coloca
en un matraz de dos bocas. A continuación se añaden 0,12 mmol de
DCC (Aldrich) y el sistema se deja bajo atmósfera inerte y con
agitación durante 1,5 h. La evolución de la reacción se sigue por
CCF usando como eluyente una mezcla cuaternaria
CH_{2}Cl_{2}-AcOEt-MeOH-HOAc
(30:70:11:0.6, v/v/v/v), observando que las dos manchas que se
observan tras la primera etapa (isómeros de la oxima) prácticamente
desaparecen y, en su lugar, se detecta un producto nuevo cuyo
aislamiento no se intentó y cuya naturaleza corresponde al
carbamato resultante de la activación del grupo carboxilo
introducido en la etapa anterior (Figura 3) como se elucida por
espectroscopía
infrarroja.The oxime obtained in the previous stage (0.074 mmol) is dissolved in 5 mL of anhydrous DMF (99.5%, FLUKA) and placed in a two-mouth flask. Then 0.12 mmol of DCC (Aldrich) are added and the system is left under inert atmosphere and with stirring for 1.5 h. The reaction evolution is followed by TLC using as a eluent a quaternary mixture CH 2 Cl 2 -AcOEt-MeOH-HOAc (30: 70: 11: 0.6, v / v / v / v), observing that the two spots that are observed after the first stage (oxime isomers) practically disappear and, instead, a new product is detected whose isolation was not attempted and whose nature corresponds to the carbamate resulting from the activation of the carboxyl group introduced in the stage above (Figure 3) as elucidated by spectroscopy
infrared
Sobre una disolución de 0.108 mmol (36,25 mg) de dansil cadaverina (Molecular Probes) en 2 mL de DMF anhidra bajo atmósfera inerte, se añade mediante cánula la disolución que contiene la oxima activada (0,074 mmol), manteniendo el sistema bajo argon y con agitación. La evolución de la reacción se sigue por CCF usando como eluyente una mezcla ternaria n-PrOH-AcOH-H_{2}O (7:3:4, v/v/v). Se deja a temperatura ambiente durante 72 horas y, al no observar transformación alguna, se procede a calentar la mezcla de reacción a 90ºC. Transcurridas 18 h desde el comienzo de la calefacción no se observa ya evolución por CCF y se detiene la misma. Se deja alcanzar temperatura ambiente y se rotaevapora la DMF. El residuo resultante se disuelve en 50 mL de CHCl_{3} y se extrae con HCl al 10% (5 x 20 mL) y se lava con H_{2}O (3 x 20 mL). Los extractos orgánicos combinados se secan sobre MgSO_{4} anhidro y, a continuación, se elimina el disolvente a presión reducida. Se obtiene así un sólido amarillo (52 mg) que, tras analizarlo por espectroscopia de absorción UV-VIS (MeOH; \lambda_{máx} 333 nm), ^{1}H-RMN (200 MHz), ^{13}C-RMN (50 MHz) y de masas (ESI-MS, detección de iones positivos), se identifica como el producto buscado (dansil-FK506). Para finalizar, el producto se seca a vacío (0,1 Torr).On a solution of 0.108 mmol (36.25 mg) of dansyl cadaverine (Molecular Probes) in 2 mL of anhydrous DMF under an inert atmosphere, the solution containing the activated oxime (0.074 mmol) is added by cannula, keeping the system under argon and with agitation. The evolution of the reaction is monitored by TLC using as eluent a ternary mixture n -PrOH-AcOH-H2O (7: 3: 4, v / v / v). It is left at room temperature for 72 hours and, not observing any transformation, the reaction mixture is heated to 90 ° C. After 18 h from the beginning of the heating, evolution by CCF is no longer observed and it stops. It is allowed to reach room temperature and the DMF is rotated evaporated. The resulting residue is dissolved in 50 mL of CHCl3 and extracted with 10% HCl (5 x 20 mL) and washed with H2O (3 x 20 mL). The combined organic extracts are dried over anhydrous MgSO4 and then the solvent is removed under reduced pressure. A yellow solid (52 mg) is thus obtained which, after analysis by UV-VIS absorption spectroscopy (MeOH; λ max 333 nm), 1 H-NMR (200 MHz), 13 C -RMN (50 MHz) and mass (ESI-MS, positive ion detection), is identified as the product sought (dansil-FK506). Finally, the product is dried under vacuum (0.1 Torr).
La interacción del derivado fluorescente de
tacrolimus, DNS-FK506, con proteínas puede
estudiarse a partir de los cambios en la intensidad y desplazamiento
del máximo de emisión de fluorescencia del ligando fluorescente.
La intensidad de fluorescencia se mide a 90º de la dirección del
haz de excitación, seleccionando la longitud de onda de emisión.
Los espectros de emisión del derivado fluorescente de tacrolimus se
obtienen midiendo la intensidad de fluorescencia, para una
longitud de onda de excitación de 340 nm, entre 420 y 650 nm. El
compartimento de la muestra se termostatiza con un baño, como por
ejemplo el que comercializa Julabo con la referencia
F30-C. Se utilizan cubetas de cuarzo como por
ejemplo las de la empresa Hellma (111.057-QS)
rectangulares de 0.5 cm de paso óptico. Para estudiar la variación
de la intensidad de fluorescencia a una longitud de onda dada así
como la posición del máximo del espectro de emisión en función de la
relación molar tacrolimus fluorescente/proteína, es necesario
determinar en primer lugar el valor de dichos parámetros en
ausencia de proteína. Para ello se añaden 2 x 10^{-3} mL de
DNS-FK506 0.125 mM disuelto en MeOH para
espectroscopía de Merck (de manera que la cantidad final de
alcohol en la disolución 0.4% (v/v) no afecte a las proteínas) a 0.5
mL de un tampón fisiológico como PBS o en tampón 5 mM
Tris-HCl, 150 mM NaCl, (Merck, Alemania) pH 7.4.
Se recoge el espectro de emisión de fluorescencia del fármaco
etiquetado con dansilo y, a continuación, se registran los
espectros de fluorescencia de muestras en las que varía la
relación molar tacrolimus/proteína, fijando la concentración de
fármaco y cambiando la de proteína o viceversa. La contribución de
la emisión procedente de las impurezas del disolvente y la luz
difusa debida a las proteínas se corrigen restando la emisión del
disolvente y de las distintas concentraciones de proteína medidas en
las mismas condiciones que la muestra. Para eliminar el efecto de
autoabsorción de la emisión en las medidas de intensidad de
fluorescencia se trabaja con disoluciones de proteína óptimamente
diluidas (absorbancia a la longitud de onda de excitación < 0.01
u.a., 0.5 cm de paso óptico). Para corregir la deformación de los
espectros debida a las características intrínsecas del sistema de
medida se divide la intensidad experimental o espectro aparente
por una función de corrección que incluye la distinta sensibilidad
del sistema monocromador de emisión-
fotomultiplicador.The interaction of the fluorescent derivative of tacrolimus, DNS-FK506, with proteins can be studied from changes in the intensity and displacement of the maximum fluorescence emission of the fluorescent ligand. The fluorescence intensity is measured at 90 ° from the direction of the excitation beam, selecting the emission wavelength. The emission spectra of the tacrolimus fluorescent derivative are obtained by measuring the fluorescence intensity, for an excitation wavelength of 340 nm, between 420 and 650 nm. The sample compartment is thermostatized with a bath, such as that sold by Julabo under the reference F30-C. Quartz cuvettes are used, such as those of the Hellma (111.057-QS) rectangular 0.5 cm optical path. In order to study the variation of the fluorescence intensity at a given wavelength as well as the position of the maximum emission spectrum as a function of the fluorescent tacrolimus / protein molar ratio, it is necessary to first determine the value of said parameters in the absence of protein. To this end, 2 x 10-3 mL of DNS-FK506 0.125 mM dissolved in MeOH for Merck spectroscopy is added (so that the final amount of alcohol in the solution 0.4% (v / v) does not affect the proteins ) to 0.5 mL of a physiological buffer such as PBS or in 5 mM Tris-HCl buffer, 150 mM NaCl, (Merck, Germany) pH 7.4. The fluorescence emission spectrum of the drug labeled with dansyl is collected and then the fluorescence spectra of samples in which the molar ratio tacrolimus / protein varies, setting the drug concentration and changing the protein concentration or vice versa. The contribution of the emission from the impurities of the solvent and the diffused light due to the proteins are corrected by subtracting the emission of the solvent and the different protein concentrations measured under the same conditions as the sample. To eliminate the effect of self-absorption of the emission in the fluorescence intensity measurements, we work with optimally diluted protein solutions (absorbance at the excitation wavelength <0.01 ua, 0.5 cm of optical path). To correct the deformation of the spectra due to the intrinsic characteristics of the measurement system, the experimental intensity or apparent spectrum is divided by a correction function that includes the different sensitivity of the emission monochromator system.
Photomultiplier
En la Figura 5 se muestra el estudio de la
interacción de la proteína del fluido alveolar SP-A
con un análogo dansilado de tacrolimus (abreviadamente
dansil-FK506 o DNS-FK506). Dicha
interacción puede determinarse por cambios en la intensidad de
fluorescencia y del máximo de emisión de DNS-FK506.
La unión de la proteína SP-A
(7.5 x 10^{-4}
mM) a DNS-FK506 (5 x 10^{-4} mM) da lugar a un
incremento de la intensidad de fluorescencia de
DNS-FK506, acompañado de un desplazamiento del
máximo de emisión hacia longitudes de onda menores, desde 545 a
500 nm (Figura 5A). Esto indica que la polaridad del medio
alrededor del grupo fluorescente disminuye tras la interacción
DNS-FK506/SP-A. La figura 5B indica
que la unión de la proteína SP-A a
DNS-FK506 da lugar a un desplazamiento hacia el
rojo del espectro de excitación, confirmando un ambiente diferente
del fluoróforo en presencia de la proteína. La figura 6 (paneles A
y B), demuestra que los cambios observados en los espectros de
emisión y excitación de fluorescencia de DNS-FK506
tras su interacción con la proteína SP-A no se deben
a una interacción inespecífica de la proteína SP-A
con la sonda fluorescente (dansilcadaverina). La figura 6 muestra
claramente que el espectro de emisión (panel A) y de excitación
(panel B) de fluorescencia de la dansilcadaverina no se modifica en
presencia de la proteína SP-A.Figure 5 shows the study of the interaction of the SP-A alveolar fluid protein with a dansy analogue of tacrolimus (abbreviated dansyl-FK506 or DNS-FK506). Such interaction can be determined by changes in fluorescence intensity and the maximum emission of DNS-FK506. SP-A protein binding
(7.5 x 10-4 mM) to DNS-FK506 (5 x 10-4 mM) results in an increase in the fluorescence intensity of DNS-FK506, accompanied by a shift in the maximum emission towards shorter wavelengths, from 545 to 500 nm (Figure 5A). This indicates that the polarity of the medium around the fluorescent group decreases after the DNS-FK506 / SP-A interaction. Figure 5B indicates that the binding of the SP-A protein to DNS-FK506 results in a redshift of the excitation spectrum, confirming a different environment from the fluorophore in the presence of the protein. Figure 6 (panels A and B), shows that the changes observed in the emission and excitation spectra of DNS-FK506 after its interaction with the SP-A protein are not due to a non-specific interaction of the SP-A protein with the fluorescent probe (dansilcadaverine). Figure 6 clearly shows that the emission spectrum (panel A) and the excitation (panel B) fluorescence of dansylcadaverin is not modified in the presence of the SP-A protein.
Otra forma posible de estudiar la interacción de
tacrolimus con proteínas consiste en seguir los cambios en la
anisotropía de fluorescencia del fármaco etiquetado
fluorescentemente utilizando polarizadores. Para ello las muestras,
preparadas como se ha descrito previamente, se excitan con luz
linealmente polarizada (vertical) y se miden las componentes de la
intensidad de fluorescencia polarizada en las direcciones paralela
y perpendicular al plano de polarización de la luz de excitación de
forma alternada. Para unas condiciones determinadas de longitud de
onda de excitación
(340 nm) y de emisión (505 nm), la
anisotropía se calcula según la expresión (A. Jablonski, Acta
Phis. Polon.,1957, 26, 471):Another possible way to study the interaction of tacrolimus with proteins is to follow the changes in fluorescence anisotropy of the fluorescently labeled drug using polarizers. For this, the samples, prepared as described previously, are excited with linearly polarized light (vertical) and the components of the polarized fluorescence intensity in the directions parallel and perpendicular to the plane of polarization of the excitation light are measured alternately . For certain conditions of excitation wavelength
(340 nm) and emission (505 nm), anisotropy is calculated according to the expression (A. Jablonski, Acta Phis. Polon., 1957 , 26, 471):
\bar{r} = \frac{I_{ll} - I_{\perp} G}{I_{ll} + 2I_{\perp} G}\ bar {r} = \ frac {I_ {ll} - I _ {\ perp} G} {I_ {ll} + 2I _ {\ perp} G}
donde G es un factor de corrección que tiene en cuenta la diferente sensibilidad del sistema de detección a la luz polarizada vertical y horizontalmente.where G is a correction factor which takes into account the different sensitivity of the system vertical polarized light detection and horizontally.
La figura 7 (panel A) muestra que la anisotropía de fluorescencia del fármaco fluorescente dansil-FK506 aumenta tras su interacción con concentraciones crecientes de la proteína SP-A. Este experimento indica que la unión de la proteína SP-A a DNS-FK506 causa restricciones mecánicas en la movilidad rotacional del grupo dansilo, resultando en un incremento significativo de la emisión de anisotropía de dansil-FK506 que incrementa con el aumento de la concentración de SP-A. Paralelamente se realizan experimentos control con dansilcadaverina (sonda fluorescente libre) en ausencia y presencia de SP-A. La anisotropía de fluorescencia de la dansilcadaverina en tampón a 25ºC es 0.002 \pm 0.001 (\lambda_{ex} = 340 nm; \lambda_{em} = 505 nm) y dicho valor no se modifica significativamente en presencia de concentraciones crecientes de la proteína SP-A, lo que indica que el efecto de la proteína SP-A sobre la anisotropía de fluorescencia de DNS-FK506 se debe a la unión de la proteína al fármaco FK506. La figura 7 (panel B) muestra un experimento similar realizado con albúmina humana de suero.Figure 7 (panel A) shows that anisotropy fluorescence of the fluorescent drug dansil-FK506 increases after its interaction with increasing concentrations of the SP-A protein. This experiment indicates that protein binding SP-A to DNS-FK506 cause mechanical restrictions on group rotational mobility dansyl, resulting in a significant increase in emission of anisotropy of dansil-FK506 that increases with the increase in the concentration of SP-A. In parallel, control experiments are carried out with dansilcadaverine (free fluorescent probe) in absence and presence of SP-A. The fluorescence anisotropy of the dansilcadaverine in buffer at 25 ° C is 0.002 ± 0.001 (λ ex = 340 nm; λ em = 505 nm) and said value does not change significantly in the presence of concentrations increasing amounts of SP-A protein, which indicates that the effect of SP-A protein on the anisotropy of DNS-FK506 fluorescence is due to the union of the protein to the drug FK506. Figure 7 (panel B) shows a similar experiment performed with human serum albumin.
Una tercera manera de estudiar la interacción DNS-FK506 con proteínas es seguir la evolución temporal de la fluorescencia (decaimiento de intensidad de fluorescencia). La medida del perfil de los pulsos de excitación, L(t), se determina registrando la radiación difusa producida con agua purificada (Millipore MilliQ) a la longitud de onda de excitación, recogiendo de forma consecutiva el decaimiento de fluorescencia y el perfil del láser. Los decaimientos de fluorescencia así obtenidos se analizan con un método de convolución iterativa basado en el ajuste de mínimos cuadrados no lineal, obteniendo las distribuciones de vidas medias correspondientes a cada muestra.A third way to study the interaction DNS-FK506 with proteins is to follow the evolution Temporary fluorescence (intensity decay of fluorescence). The measurement of the excitation pulse profile, L (t), is determined by recording the diffuse radiation produced with purified water (Millipore MilliQ) to the length of excitation wave, consecutively picking up the decay Fluorescence and laser profile. The decays of fluorescence thus obtained are analyzed with a method of iterative convolution based on the least squares adjustment no linear, obtaining half-life distributions corresponding to each sample.
Si la interacción DNS-FK506/proteína se quiere seguir a partir de los decaimientos de anisotropía de fluorescencia, la muestra fluorescente se excita con pulsos de picosegundos de luz polarizada verticalmente. Se selecciona primero con el polarizador de emisión la fracción de la intensidad de fluorescencia polarizada paralelamente a la dirección del haz de excitación, intensidad de fluorescencia polarizada verticalmente, i_{ll}(t), y después la fracción de fluorescencia polarizada horizontalmente, i_{\perp}(t). Las intensidades de fluorescencia polarizadas medidas, i_{ll}(t) e i_{\perp}(t), se acumulan de forma alternada y durante el mismo tiempo junto con la función instrumental, L(t). Los decaimientos de despolarización de fluorescencia así obtenidos se analizan con un método de convolución iterativa/mínimos cuadrados no lineales para obtener los tiempos de correlación rotacional, \phi_{i}, y los valores de anisotropía límite, r_{\infty}.If the interaction DNS-FK506 / protein is wanted to follow from fluorescence anisotropy decays, the sample fluorescent is excited with pulses of polarized light picoseconds vertically It is selected first with the emission polarizer the fraction of polarized fluorescence intensity parallel to the direction of the excitation beam, intensity of vertically polarized fluorescence, i_ {ll} (t), and then the horizontally polarized fluorescence fraction, i {perp} (t). Fluorescence intensities polarized measurements, i_ {ll} (t) and i _ {\ perp} (t), are accumulate alternately and during the same time along with the instrumental function, L (t). The decays of fluorescence depolarization thus obtained are analyzed with a iterative convolution method / nonlinear least squares for get the rotational correlation times, \ phi_ {i}, and the limit anisotropy values, r \ infty.
Otra forma de estudiar la unión de
DNS-FK506 con proteínas es utilizar la
transferencia de energía resonante tipo Förster (FRET) entre los
triptófanos de las proteínas y la molécula de dansilo (S.J.
Nannepaga y col., Biochemistry 2004, 43, 550; J.K. Davies y
col., J. Biol.. Chem. 2002, 277, 48395). El aumento en la
intensidad de fluorescencia de DNS-FK506 debido a
la transferencia de energía de los triptófanos se sigue midiendo
por la emisión entre 490 y
650 nm con excitación a 285
nm.Another way to study the binding of DNS-FK506 with proteins is to use the Förster-type resonant energy transfer (FRET) between the protein tryptophan and the dansyl molecule (SJ Nannepaga et al., Biochemistry 2004 , 43, 550; JK Davies et al., J. Biol. Chem. 2002 , 277, 48395). The increase in fluorescence intensity of DNS-FK506 due to the energy transfer of tryptophan is still measured by the emission between 490 and
650 nm with excitation at 285 nm.
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