JP2009201356A - Control of formation of double-stranded dna - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for increasing a melting temperature (Tm) of a double-stranded DNA, and to provide a reagent for use in the method. <P>SOLUTION: An agent for increasing a melting temperature (Tm) of a DNA molecule has a G-G sequence composed of two contiguous guanine (G) residues and also has a G-G mismatch and at least one other mismatch, which comprises a naphthyridine carbamate dimer derivative represented by the general formula (1), and a method using the same. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数のミスマッチを有するDNA分子を安定化させ、その融解温度(Tm)を上昇されるための低分子化合物からなる融解温度(Tm)を上昇化剤、DNA分子の安定化剤、又は不安定なDNA分子を接着させるための「分子糊」のような機能を有する機能性材料に関する。より詳細には、本発明は、後述する一般式(1)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなる、2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤に関する。また、本発明は、後述する一般式(4)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体に関する。さらに、本発明は、これらの低分子化合物を用いた複数のミスマッチを含有する不安定なDNA分子をハイブリダイズさせる方法に関する。   The present invention stabilizes a DNA molecule having a plurality of mismatches, increases the melting temperature (Tm) comprising a low molecular weight compound for increasing the melting temperature (Tm), a DNA molecule stabilizer, Alternatively, the present invention relates to a functional material having a function such as “molecular glue” for bonding unstable DNA molecules. More specifically, the present invention comprises a GG sequence in which two guanines (G) are composed of a naphthyridine carbamate dimer derivative represented by the following general formula (1), and has a GG mismatch and at least The present invention relates to a melting temperature (Tm) increasing agent for DNA molecules having another mismatch. Moreover, this invention relates to the naphthyridine carbamate dimer derivative represented by General formula (4) mentioned later. Furthermore, the present invention relates to a method for hybridizing unstable DNA molecules containing a plurality of mismatches using these low molecular compounds.

DNAやRNAなどの核酸がハイブリダイズして2本鎖となる場合には、対をなす塩基が決まっている。例えば、グアニン(G)にはシトシン(C)、アデニン(A)にはチミン(T)という具合になっている。そして、通常は全ての塩基がこのような対を形成してハイブリダイズしているのであるが、ときとして塩基配列の中の一部にこのような対を形成することができない場合がある。例えば、あるDNAと他のDNAをハイブリダイズし得る条件下においた場合に、大部分の塩基はこのような対を形成することができるが、1個又は数個の一部の塩基はこのような対を形成することができない場合がある。このような通常の塩基対を形成することができない塩基対のことを、以下ではミスマッチという。   When nucleic acids such as DNA and RNA are hybridized to form a double strand, a base to be paired is determined. For example, guanine (G) has cytosine (C) and adenine (A) has thymine (T). Usually, all the bases form such a pair and hybridize, but sometimes such a pair cannot be formed in a part of the base sequence. For example, most bases can form such a pair when subjected to conditions under which one DNA can hybridize with another DNA, but one or several partial bases May not be able to form a correct pair. Such a base pair that cannot form a normal base pair is hereinafter referred to as a mismatch.

一方、最近1個又は2個以上の塩基が異なることに起因する各種の遺伝病についての研究が行われてきている。例えば、遺伝情報の個人差である遺伝子一塩基多形(SNPs(Single Nucleotide Polymorphism))は、罹病しやすさや、薬理作用の個人差の原因となる。現在、各個人に最適化された医療の実現へ向け、SNPsの研究がポストゲノムの重要な位置を占めており、効率的なSNPsの検出法の開発が期待されている。SNPsを含むDNAは、変異を含まない相補的なDNAと混合しアニールさせるとミスマッチ塩基対を形成するので、このミスマッチ塩基対に選択的に結合する低分子リガンドを開発すれば、SNPsの効率的な検出が可能になると考えられる。
現在、このようなミスマッチを検出する方法は、2本鎖DNAのハイブリダイゼーション効率を比較する手法が一般的である。しかし、この方法を用いるためにはミスマッチを含むDNAの塩基配列をあらかじめ知っておかなければならないために多大な労力が必要となり、多くの検体を処理する方法としては不適当である。また、MutS等のDNAの修復蛋白が遺伝子損傷箇所に選択的に結合することを利用する手法もあるが、タンパク質を用いる場合、低分子リガンドを用いる方法に比べて熱安定性や活性な構造(フォールディング)を維持する事が必要となり使用条件の制約が多く、また操作も煩雑となり効率的にミスマッチを検出することは難しい。
On the other hand, studies on various genetic diseases resulting from differences in one or more bases have been conducted recently. For example, single nucleotide polymorphisms (SNPs) that are individual differences in genetic information cause susceptibility to disease and individual differences in pharmacological action. Currently, research on SNPs occupies an important position in the post-genome toward the realization of medical care optimized for each individual, and development of an efficient method for detecting SNPs is expected. DNA containing SNPs forms mismatched base pairs when mixed and annealed with complementary DNA that does not contain mutations. Therefore, if a small molecule ligand that selectively binds to the mismatched base pairs is developed, the efficiency of SNPs can be improved. It is thought that it will be possible to detect.
At present, a method for detecting such a mismatch is generally a method for comparing the hybridization efficiency of double-stranded DNA. However, in order to use this method, it is necessary to know in advance the base sequence of DNA containing a mismatch, which requires a great amount of labor, and is not suitable as a method for processing many samples. In addition, there is a technique that utilizes the selective binding of DNA repair proteins such as MutS to gene-damaged sites. However, when proteins are used, the stability and active structure ( (Folding) must be maintained, and there are many restrictions on usage conditions, and the operation is complicated, making it difficult to efficiently detect mismatches.

このように、ハイブリダイズしたDNAなどにおける一部のミスマッチを検出する方法は大変難しく、またその感度も不十分なものであり、これを簡便に且つ高感度で検出できる方法の確立が求められている。
ところで、本発明者らは、2本鎖DNA中に生成する不対塩基(バルジ塩基)を持つDNA(バルジDNA)に特異的に結合し、安定化する分子であるバルジDNA認識分子を開発してきた(特許文献1参照)。このバルジ認識分子は、不対塩基と水素結合をするだけでなく、バルジ塩基の存在により生じてくる空間に、芳香環とバルジ近傍の塩基とのスタッキング相互作用を利用してインターカーレーションし、安定化されているものである。そして、本発明者らは、このような周辺の塩基の存在によるスタッキング効果を利用した不対塩基に対する作用についてさらに研究を行ってきたところ、塩基 対のミスマッチが生じている箇所においても、塩基と対を形成し得る分子種を2個有する化合物がこのようなスタッキング効果により比較的安定に取り込まれる得ることを見出し、具体的にはビス(2−メチルナフチリジン)アミド誘導体がGGミスマッチやGAミスマッチを検出できることを示してきた(特許文献2及び3参照)。しかし、このものは特定のミスマッチには極めて高感度で安定に取り込まれる得ることができるが、他のミスマッチに対しては取り込みが不十分であり、即ち特定のミスマッチに対する特異性が大きすぎて必ずしも実用的ではなかった。例えば、GGミスマッチに対しては高い特異性を有するが、GAミスマッチやGTミスマッチに対しては必ずしも十分な取り込みがなされなかった。
さらに、本発明者らは、このようなミスマッチ認識分子として、特にアミノナフチリジンダイマーに着目して、多数の誘導体を検討してきた(特許文献4〜8参照)。
Thus, it is very difficult to detect some mismatches in hybridized DNA and the like, and its sensitivity is insufficient, and establishment of a method that can detect this easily and with high sensitivity is required. Yes.
By the way, the present inventors have developed a bulge DNA recognition molecule that is a molecule that specifically binds and stabilizes DNA (bulge DNA) having an unpaired base (bulge base) generated in double-stranded DNA. (See Patent Document 1). This bulge recognition molecule not only forms hydrogen bonds with unpaired bases, but also intercalates into the space created by the presence of bulge bases using the stacking interaction between the aromatic ring and bases near the bulges, It has been stabilized. The inventors of the present invention have further studied the action against unpaired bases using the stacking effect due to the presence of such surrounding bases. It has been found that a compound having two molecular species capable of forming a pair can be incorporated relatively stably by such a stacking effect. Specifically, a bis (2-methylnaphthyridine) amide derivative has a GG mismatch or a GA mismatch. It has been shown that it can be detected (see Patent Documents 2 and 3). However, this can be incorporated very sensitively and stably into a specific mismatch, but is insufficiently incorporated into other mismatches, i.e., it is too specific for a particular mismatch. It was not practical. For example, although it has high specificity for a GG mismatch, sufficient uptake has not necessarily been made for a GA mismatch or a GT mismatch.
Furthermore, the present inventors have studied many derivatives as such mismatch recognition molecules, particularly focusing on aminonaphthyridine dimers (see Patent Documents 4 to 8).

遺伝子の変異を調べる方法として、変異の有無を検査したい遺伝子とその変異の無い野生型遺伝子の50塩基程度のオリゴマーDNAを混合、加熱、冷却により二つの遺伝子をクロスハイブリダイゼーションする方法がある。検査する遺伝子に変異がある場合には遺伝子の融解温度や融解温度差に異常が見出される。この操作は比較的簡便ではあるが、変異があることが分かるだけであり、どの位置にどのような変異が生じているのかということを知ることはできない。
前記してきた本発明者が報告してきた方法によれば(特許文献2〜8参照)、このクロスハイブリダイゼーションする方法により特定のミスマッチの存在を知ることはできるが、このミスマッチ認識分子は特異性が高く、例えば、グアニン塩基に対するミスマッチを調べる場合においても、GGミスマッチ用のもの、GAミスマッチ用のもの、GTミスマッチ用のものと複数のミスマッチ認識分子を用意しなければならなかった。
As a method for examining gene mutation, there is a method in which an oligomer DNA of about 50 bases of a gene to be examined for the presence of mutation and a wild type gene without the mutation is mixed, heated and cooled to cross-hybridize the two genes. If there is a mutation in the gene to be examined, an abnormality is found in the melting temperature or melting temperature difference of the gene. Although this operation is relatively simple, it is only known that there is a mutation, and it is impossible to know what mutation is occurring at which position.
According to the method reported by the present inventor described above (see Patent Documents 2 to 8), it is possible to know the presence of a specific mismatch by this cross-hybridization method, but this mismatch recognition molecule has specificity. For example, even when examining mismatches to guanine bases, it is necessary to prepare a plurality of mismatch recognition molecules such as a GG mismatch, a GA mismatch, and a GT mismatch.

また、本発明者らは、アミノナフチリジンダイマーのようなミスマッチ認識分子が、ミスマッチ部分においてどのような形態で結合しているのかということも検討してきた(非特許文献1参照)。例えば、ナフチリジンカルバメートダイマー(以下、単にNCということもある。)が、G−C塩基対に挟まれたG−Gミスマッチにおいては、NC:DNAが2:1の化学量論的量で結合していることを報告してきた(非特許文献2参照)。これらの解析は、G−Gのひとつのミスマッチについてなされてきたものであり、DNA分子中のひとつだけのミスマッチでは、その融解温度(Tm)にそれほどおおきな影響は与えないが、ミスマッチが2個以上になると融解温度(Tm)に大きな影響が生じる。このようなことから、さらに多数のミスマッチを有するDNA分子についてのミスマッチにおける挙動が注目されていた。   In addition, the present inventors have also examined in what form a mismatch recognition molecule such as aminonaphthyridine dimer is bound in the mismatch portion (see Non-Patent Document 1). For example, a naphthylidine carbamate dimer (hereinafter sometimes simply referred to as NC) binds NC: DNA in a 2: 1 stoichiometric amount in a GG mismatch sandwiched between GC base pairs. Have been reported (see Non-Patent Document 2). These analyzes have been made for one mismatch of GG, and only one mismatch in the DNA molecule does not affect the melting temperature (Tm) so much, but there are two or more mismatches. If so, the melting temperature (Tm) is greatly affected. For these reasons, attention has been paid to the behavior in mismatch for DNA molecules having a larger number of mismatches.

特開2001−89478号公報JP 2001-89478 A 特開2001−149096号公報JP 2001-149096 A 特開2003−259899号公報JP 2003-259899 A 特開2004−261083号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-261083 特開2004−275179号公報JP 2004-275179 A 特開2004−325074号公報JP 2004-325074 A 特開2006−94725号公報JP 2006-94725 A 特開2006−104159号公報JP 2006-104159 A Nakatani, K., Hagihara, S., et al., Nat. Chem. Biol., 2005, 1, 39-43Nakatani, K., Hagihara, S., et al., Nat. Chem. Biol., 2005, 1, 39-43 Peng, T., Nakatani, K., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2005, 44, 7280-7283Peng, T., Nakatani, K., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2005, 44, 7280-7283

本発明は、2本鎖DNAにおける融解温度(Tm)を上昇させるための方法、及びそのための試薬を提供するものである。   The present invention provides a method for increasing the melting temperature (Tm) in double-stranded DNA, and a reagent therefor.

本発明者らは、ミスマッチ認識分子を開発してきたが、このようなミスマッチ認識分子は1塩基対のミスマッチを認識して融解温度(Tm)の変化をもたらすものであった。DNA分子中のミスマッチが2塩基対以上の場合には融解温度(Tm)は大きく下降し、極端な場合にはハイブリダイズすることもできなくなる。このようなDNA分子を充分にハイブリダイズさせて融解温度(Tm)を上昇させることができれば、DNA分子のハイブリダイズ(接着)が可能となるだけでなく、当該DNA分子に結合した分子の接近や離脱を制御することも可能となる。
本発明者らは、本発明者らが開発したミスマッチ認識分子を詳細に検討して結果、これらのミスマッチ認識分子に中のいくつかのものは、2塩基対以上のミスマッチを有するDNA分子における融解温度(Tm)を極度に上昇させることができる分子であることが見出した。
即ち、本発明は、次の一般式(1)
The present inventors have developed a mismatch recognition molecule. Such a mismatch recognition molecule recognizes a single base pair mismatch and causes a change in melting temperature (Tm). When the mismatch in the DNA molecule is 2 base pairs or more, the melting temperature (Tm) is greatly lowered, and in the extreme case, it cannot be hybridized. If such a DNA molecule can be sufficiently hybridized and the melting temperature (Tm) can be increased, not only can the DNA molecule be hybridized (adhered), but also the proximity of the molecule bound to the DNA molecule It is also possible to control withdrawal.
As a result of detailed examination of the mismatch recognition molecules developed by the present inventors, some of these mismatch recognition molecules are fused in DNA molecules having mismatches of 2 base pairs or more. It has been found that the molecule can extremely raise the temperature (Tm).
That is, the present invention provides the following general formula (1)

Figure 2009201356
Figure 2009201356

(式中、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5の炭化水素基、又は当該炭素数1〜5の炭化水素基の1つ以上の炭素原子が窒素原子及び酸素原子からなる群から選ばれる原子で置換されている基を示し、Rは炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示し、Xは酸素原子又は硫黄原子を示し、Rは水素原子又は次の一般式(2) (In the formula, each of R 1 and R 2 is independently a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, or one or more carbon atoms of the hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, R represents a group substituted with an atom selected from the group consisting of oxygen atoms, R represents a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, X represents an oxygen atom or a sulfur atom, R 3 Is a hydrogen atom or the following general formula (2)

Figure 2009201356
Figure 2009201356

(式中、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5の炭化水素基、又は当該炭素数1〜5の炭化水素基の1つ以上の炭素原子が窒素原子及び酸素原子からなる群から選ばれる原子で置換されている基を示し、Rは炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示し、Xは酸素原子又は硫黄原子を示し、Lは2つの窒素原子を結合させるリンカー基を示す。)
で表される基を示す。)
で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなる、2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤に関する。
また、本発明は、前記した一般式(1)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなるDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤を、2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子が存在する溶液中に添加することにより当該溶液中のDNA分子の融解温度(Tm)を上昇させる方法に関する。
さらに、本発明は、2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子が存在する溶液を、当該DNA分子の融解温度(Tm)以上の温度において、前記した一般式(1)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなるDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤を添加することにより当該溶液中のDNA分子の融解温度(Tm)を上昇させて、当該DNA分子をハイブリダイズさせる方法に関する。
また、本発明は、次の一般式(4)
(In the formula, each of R 1 and R 2 is independently a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, or one or more carbon atoms of the hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, Represents a group substituted with an atom selected from the group consisting of oxygen atoms, R represents a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, X represents an oxygen atom or a sulfur atom, and L represents Indicates a linker group that connects two nitrogen atoms.)
The group represented by these is shown. )
The melting temperature (Tm) of a DNA molecule having two guanines (G) having a continuous GG sequence and having a GG mismatch and at least one other mismatch, consisting of a naphthyridine carbamate dimer derivative represented by It relates to the agent.
Further, the present invention provides a melting temperature (Tm) increasing agent for a DNA molecule comprising the naphthyridine carbamate dimer derivative represented by the general formula (1), and has a GG sequence in which two guanines (G) are continuous. And a method for increasing the melting temperature (Tm) of a DNA molecule in the solution by adding the DNA molecule having a GG mismatch and at least another mismatch to the solution.
Furthermore, the present invention relates to a solution in which a DNA molecule having a GG sequence in which two guanines (G) are continuous and having a GG mismatch and at least another mismatch is present, the melting temperature ( Tm) At a temperature equal to or higher than that, the melting temperature (Tm) of the DNA molecule comprising the naphthyridine carbamate dimer derivative represented by the general formula (1) is added to increase the melting temperature of the DNA molecule in the solution (Tm). The present invention relates to a method of increasing the Tm) and hybridizing the DNA molecule.
Further, the present invention provides the following general formula (4)

Figure 2009201356
Figure 2009201356

(式中、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5の炭化水素基、又は当該炭素数1〜5の炭化水素基の1つ以上の炭素原子が窒素原子及び酸素原子からなる群から選ばれる原子で置換されている基を示し、Rは炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示し、Xは酸素原子又は硫黄原子を示し、Lは次の一般式(3)
−R−Ar−N=N−Ar−R− (3)
(式中、R及びRは、それぞれ独立して炭素数1〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を示し、Ar及びArはそれぞれ独立してアリーレン基を示し、アゾ基はシン又はアンチ配置である。)
で表される基を示す。)
で表される新規なナフチリジンカルバメートダイマー誘導体に関する。
さらに、本発明は、前記した一般式(4)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなるDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤を、2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子が存在する溶液中に添加することにより当該溶液中のDNA分子の融解温度(Tm)を上昇させる方法、及び、2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子が存在する溶液を、当該DNA分子の融解温度(Tm)以上の温度において、前記した一般式(4)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなるDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤を添加することにより当該溶液中のDNA分子の融解温度(Tm)を上昇させて、当該DNA分子をハイブリダイズさせる方法に関する。より詳細には、前記した方法が、前記一般式(4)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体の光の照射によるアゾ基のシン−アンチ異性化によるものである前記方法に関する。
(In the formula, each of R 1 and R 2 independently represents a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, or one or more carbon atoms of the hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, Represents a group substituted by an atom selected from the group consisting of oxygen atoms, R represents a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, X represents an oxygen atom or a sulfur atom, and L represents The following general formula (3)
—R 4 —Ar 1 —N═N—Ar 2 —R 5 — (3)
(Wherein R 4 and R 5 each independently represent a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, Ar 1 and Ar 2 each independently represent an arylene group, and an azo group Is thin or anti-configuration.)
The group represented by these is shown. )
It is related with the novel naphthyridine carbamate dimer derivative represented by these.
Furthermore, the present invention provides an agent for increasing the melting temperature (Tm) of a DNA molecule comprising a naphthyridine carbamate dimer derivative represented by the general formula (4), and has a GG sequence in which two guanines (G) are continuous. And increasing the melting temperature (Tm) of the DNA molecule in the solution by adding it to a solution in which a DNA molecule having a GG mismatch and at least one other mismatch is present, and two guanines A solution in which (G) has a continuous GG sequence and a DNA molecule having a GG mismatch and at least another mismatch is present at a temperature equal to or higher than the melting temperature (Tm) of the DNA molecule. Adding a melting temperature (Tm) increasing agent for a DNA molecule comprising a naphthyridine carbamate dimer derivative represented by the formula (4) More raising the melting temperature (Tm) of the DNA molecules in the solution, to a method for hybridizing the DNA molecule. More specifically, the above-described method relates to the above-described method, which is based on syn-anti isomerization of an azo group by irradiation with light of the naphthyridine carbamate dimer derivative represented by the general formula (4).

本発明をより具体的に記述すれば、以下のとおりとなる。
(1) 次の一般式(1)
The present invention will be described more specifically as follows.
(1) The following general formula (1)

Figure 2009201356
Figure 2009201356

(式中、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5の炭化水素基、又は当該炭素数1〜5の炭化水素基の1つ以上の炭素原子が窒素原子及び酸素原子からなる群から選ばれる原子で置換されている基を示し、Rは炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示し、Xは酸素原子又は硫黄原子を示し、Rは水素原子又は次の一般式(2) (In the formula, each of R 1 and R 2 is independently a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, or one or more carbon atoms of the hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, R represents a group substituted with an atom selected from the group consisting of oxygen atoms, R represents a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, X represents an oxygen atom or a sulfur atom, R 3 Is a hydrogen atom or the following general formula (2)

Figure 2009201356
Figure 2009201356

(式中、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5の炭化水素基、又は当該炭素数1〜5の炭化水素基の1つ以上の炭素原子が窒素原子及び酸素原子からなる群から選ばれる原子で置換されている基を示し、Rは炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示し、Xは酸素原子又は硫黄原子を示し、Lは2つの窒素原子を結合させるリンカー基を示す。)
で表される基を示す。)
で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなる、2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤。
(2)同じ条件で測定したときの融解温度(Tm)の上昇が、少なくとも15℃以上である前記(1)に記載の上昇化剤。
(3)同じ条件で測定したときの融解温度(Tm)の上昇が、少なくとも25℃以上である前記(1)又は(2)に記載の上昇化剤。
(4)DNA分子が、G−Gミスマッチの隣接する位置に他のミスマッチを有するDNA分子である前記(1)〜(3)のいずれかに記載の上昇化剤。
(5)G−Gミスマッチの隣接する位置に他のミスマッチが、T−Gミスマッチである前記(4)に記載の上昇化剤。
(6)DNA分子が、3個以上のミスマッチを有するものである前記(1)〜(4)のいずれかに記載の上昇化剤。
(7)3個目のミスマッチが、G−Gミスマッチの隣接する位置にある前記(6)に記載の上昇化剤。
(8)DNA分子におけるミスマッチが、5’−TGG−3’/3’−GGT−5’又は5’−TGG−3’/3’−GGC−5’である前記(1)〜(7)のいずれかに記載の上昇化剤。
(9)一般式(1)及び(2)におけるR及びRが、それぞれ独立して炭素数1〜5のアルキル基である前記(1)〜(8)のいずれかに記載の上昇化剤。
(10)一般式(1)及び(2)におけるR及びRが、メチル基である前記(9)に記載の上昇化剤。
(11)一般式(1)及び(2)におけるXが、酸素原子である前記(1)〜(10)のいずれかに記載の上昇化剤。
(12)一般式(1)及び(2)におけるRが、プロピレン基である前記(1)〜(11)のいずれかに記載の上昇化剤。
(13)一般式(2)におけるリンカー基Lが、アゾ基を含有するものである前記(1)〜(12)のいずれかに記載の上昇化剤。
(14)一般式(2)におけるリンカー基Lが、次の一般式(3)
−R−Ar−N=N−Ar−R− (3)
(式中、R及びRは、それぞれ独立して炭素数1〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を示し、Ar及びArはそれぞれ独立してアリーレン基を示し、アゾ基はシン又はアンチ配置である。)
で表される基である前記(13)に記載の上昇化剤。
(15)一般式(3)におけるR及びRがメチレン基で、かつAr及びArがp−フェニレン基である前記(14)に記載の上昇化剤。
(16)一般式(3)におけるアゾ基が、シン配置である前記(14)又は(15)に記載の上昇化剤。
(In the formula, each of R 1 and R 2 is independently a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, or one or more carbon atoms of the hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, Represents a group substituted with an atom selected from the group consisting of oxygen atoms, R represents a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, X represents an oxygen atom or a sulfur atom, and L represents Indicates a linker group that connects two nitrogen atoms.)
The group represented by these is shown. )
The melting temperature (Tm) of a DNA molecule having two guanine (G) having a continuous GG sequence and having a GG mismatch and at least one other mismatch, comprising a naphthyridine carbamate dimer derivative represented by Agent.
(2) The elevating agent according to (1), wherein an increase in melting temperature (Tm) when measured under the same conditions is at least 15 ° C. or higher.
(3) The elevating agent according to (1) or (2), wherein the increase in melting temperature (Tm) when measured under the same conditions is at least 25 ° C. or higher.
(4) The elevating agent according to any one of (1) to (3), wherein the DNA molecule is a DNA molecule having another mismatch at a position adjacent to the GG mismatch.
(5) The elevating agent according to (4), wherein the other mismatch is a TG mismatch at a position adjacent to the GG mismatch.
(6) The elevating agent according to any one of (1) to (4), wherein the DNA molecule has three or more mismatches.
(7) The elevating agent according to (6), wherein the third mismatch is at a position adjacent to the GG mismatch.
(8) The above (1) to (7), wherein the mismatch in the DNA molecule is 5′-TGG-3 ′ / 3′-GGT-5 ′ or 5′-TGG-3 ′ / 3′-GGC-5 ′. The raising agent in any one of.
(9) The increase according to any one of (1) to (8), wherein R 1 and R 2 in the general formulas (1) and (2) are each independently an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. Agent.
(10) The elevating agent according to (9), wherein R 1 and R 2 in the general formulas (1) and (2) are methyl groups.
(11) The elevating agent according to any one of (1) to (10), wherein X in the general formulas (1) and (2) is an oxygen atom.
(12) The elevating agent according to any one of (1) to (11), wherein R in the general formulas (1) and (2) is a propylene group.
(13) The elevating agent according to any one of (1) to (12), wherein the linker group L in the general formula (2) contains an azo group.
(14) The linker group L in the general formula (2) is represented by the following general formula (3)
—R 4 —Ar 1 —N═N—Ar 2 —R 5 — (3)
(Wherein R 4 and R 5 each independently represent a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, Ar 1 and Ar 2 each independently represent an arylene group, and an azo group Is thin or anti-configuration.)
The raising agent as described in said (13) which is group represented by these.
(15) The elevating agent according to (14), wherein R 4 and R 5 in the general formula (3) are methylene groups, and Ar 1 and Ar 2 are p-phenylene groups.
(16) The elevating agent according to (14) or (15), wherein the azo group in the general formula (3) is in a syn configuration.

(17)前記(1)〜(16)に記載のいずれかに記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなるDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤を、2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子が存在する溶液中に添加することにより当該溶液中のDNA分子の融解温度(Tm)を上昇させる方法。
(18)2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子が存在する溶液を、当該DNA分子の融解温度(Tm)以上の温度において、前記(1)〜(16)に記載のいずれかに記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなるDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤を添加することにより当該溶液中のDNA分子の融解温度(Tm)を上昇させて、当該DNA分子をハイブリダイズさせる方法。
(19)次の一般式(4)
(17) A GG sequence in which two guanines (G) are continuously used as a melting temperature (Tm) elevating agent for a DNA molecule comprising the naphthyridine carbamate dimer derivative according to any one of (1) to (16) And a melting point (Tm) of the DNA molecule in the solution is increased by adding to a solution in which a DNA molecule having a GG mismatch and at least one other mismatch is present.
(18) A solution in which two guanine (G) has a continuous GG sequence and a DNA molecule having a GG mismatch and at least one other mismatch is not lower than the melting temperature (Tm) of the DNA molecule. The melting temperature (Tm) of the DNA molecule comprising the naphthyridine carbamate dimer derivative according to any one of (1) to (16) above is added at a temperature of 5 to melt the DNA molecule in the solution. A method of increasing the temperature (Tm) to hybridize the DNA molecule.
(19) The following general formula (4)

Figure 2009201356
Figure 2009201356

(式中、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5の炭化水素基、又は当該炭素数1〜5の炭化水素基の1つ以上の炭素原子が窒素原子及び酸素原子からなる群から選ばれる原子で置換されている基を示し、Rは炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示し、Xは酸素原子又は硫黄原子を示し、Lは次の一般式(3)
−R−Ar−N=N−Ar−R− (3)
(式中、R及びRは、それぞれ独立して炭素数1〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を示し、Ar及びArはそれぞれ独立してアリーレン基を示し、アゾ基はシン又はアンチ配置である。)
で表される基を示す。)
で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体。
(20)一般式(4)におけるR及びRが、それぞれ独立して炭素数1〜5のアルキル基である前記(19)に記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体。
(21)一般式(4)におけるR及びRが、メチル基である前記(20)に記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体。
(22)一般式(4)におけるXが、酸素原子である前記(19)〜(21)のいずれかに記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体。
(23)一般式(4)におけるRが、プロピレン基である前記(19)〜(22)のいずれかに記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体。
(24)一般式(3)におけるR及びRがメチレン基で、かつAr及びArがp−フェニレン基である前記(19)〜(23)のいずれかに記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体。
(25)前記(19)〜(24)のいずれかに記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなるDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤を、2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子が存在する溶液中に添加することにより当該溶液中のDNA分子の融解温度(Tm)を上昇させる方法。
(26)2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子が存在する溶液を、当該DNA分子の融解温度(Tm)以上の温度において、前記(19)〜(24)のいずれかに記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなるDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤を添加することにより当該溶液中のDNA分子の融解温度(Tm)を上昇させて、当該DNA分子をハイブリダイズさせる方法。
(27)前記(25)又は(26)に記載の方法が、光の照射によるアゾ基のシン−アンチ異性化によるものである前記(25)又は(26)に記載の方法。
(28)次の一般式(10)、
−N(Z)−R−Ar−N=N−Ar−R−N(Z)−Z (10)
(式中、R及びRは、それぞれ独立して炭素数1〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を示し、Ar及びArはそれぞれ独立してアリーレン基を示し、アゾ基はシン又はアンチ配置であり、Z及びZは次の一般式(11)
(In the formula, each of R 1 and R 2 independently represents a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, or one or more carbon atoms of the hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, Represents a group substituted by an atom selected from the group consisting of oxygen atoms, R represents a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, X represents an oxygen atom or a sulfur atom, and L represents The following general formula (3)
—R 4 —Ar 1 —N═N—Ar 2 —R 5 — (3)
(Wherein R 4 and R 5 each independently represent a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, Ar 1 and Ar 2 each independently represent an arylene group, and an azo group Is thin or anti-configuration.)
The group represented by these is shown. )
A naphthyridine carbamate dimer derivative represented by:
(20) The naphthyridine carbamate dimer derivative according to (19), wherein R 1 and R 2 in General Formula (4) are each independently an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
(21) The naphthyridine carbamate dimer derivative according to (20), wherein R 1 and R 2 in the general formula (4) are methyl groups.
(22) The naphthyridine carbamate dimer derivative according to any one of (19) to (21), wherein X in the general formula (4) is an oxygen atom.
(23) The naphthyridine carbamate dimer derivative according to any one of (19) to (22), wherein R in the general formula (4) is a propylene group.
(24) The naphthyridine carbamate dimer derivative according to any one of (19) to (23), wherein R 4 and R 5 in the general formula (3) are methylene groups, and Ar 1 and Ar 2 are p-phenylene groups. .
(25) The melting temperature (Tm) elevating agent for a DNA molecule comprising the naphthyridine carbamate dimer derivative according to any one of (19) to (24), wherein the guanine (G) is a continuous GG sequence. And adding to a solution in which a DNA molecule having a GG mismatch and at least another mismatch is present, thereby increasing the melting temperature (Tm) of the DNA molecule in the solution.
(26) A solution in which two guanine (G) has a continuous GG sequence and a DNA molecule having a GG mismatch and at least one other mismatch is not lower than the melting temperature (Tm) of the DNA molecule. The melting temperature of the DNA molecule in the solution (Tm) by increasing the melting temperature (Tm) of the DNA molecule comprising the naphthyridine carbamate dimer derivative according to any one of (19) to (24) Tm) is raised to hybridize the DNA molecule.
(27) The method according to (25) or (26), wherein the method according to (25) or (26) is based on syn-anti isomerization of an azo group by light irradiation.
(28) The following general formula (10),
Z 1 -N (Z 2) -R 4 -Ar 1 -N = N-Ar 2 -R 5 -N (Z 3) -Z 4 (10)
(Wherein R 4 and R 5 each independently represent a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, Ar 1 and Ar 2 each independently represent an arylene group, and an azo group Is a thin or anti configuration, and Z 1 and Z 4 are represented by the following general formula (11)

Figure 2009201356
Figure 2009201356

(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜5の炭化水素基、又は当該炭素数1〜5の炭化水素基の1つ以上の炭素原子が窒素原子及び酸素原子からなる群から選ばれる原子で置換されている基を示し、Rは炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示し、Xは酸素原子又は硫黄原子を示す。)
で表される基を示し、Z及びZはそれぞれ独立して水素原子又は前記一般式(11)で表される基を示す。)
で表されるアゾ基を有するナフチリジンカルバメート誘導体。
(29)一般式(11)におけるZ及びZが水素原子である前記(28)に記載のナフチリジンカルバメート誘導体。
(30)次の式(9)
(In the formula, R 8 is selected from the group consisting of a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, or one or more carbon atoms of the hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms consisting of a nitrogen atom and an oxygen atom) R represents a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, and X represents an oxygen atom or a sulfur atom.
Z 2 and Z 3 each independently represent a hydrogen atom or a group represented by the general formula (11). )
A naphthyridine carbamate derivative having an azo group represented by:
(29) The naphthyridine carbamate derivative according to the above (28), wherein Z 2 and Z 3 in the general formula (11) are hydrogen atoms.
(30) The following equation (9)

Figure 2009201356
Figure 2009201356

で表されるアゾベンゼン誘導体。
(31)前記(28)〜(30)に記載のいずれかの化合物からなる、ミスマッチを含有する不安定なDNA分子の安定性を光照射による光異性化により可逆的切り替えるためのDNA分子安定化剤。
(32)前記(28)〜(30)に記載のいずれかの化合物を含有してなる、ミスマッチを含有する不安定なDNA分子の安定性を光照射による光異性化により可逆的に当該DNA分子の融解温度(Tm)制御剤。より詳細には、当該DNA分子の融解温度(Tm)の上昇剤又は下降剤。
An azobenzene derivative represented by
(31) DNA molecule stabilization for reversibly switching the stability of an unstable DNA molecule containing a mismatch comprising the compound according to any one of (28) to (30) by photoisomerization by light irradiation Agent.
(32) The stability of an unstable DNA molecule containing a mismatch comprising any one of the compounds described in (28) to (30) above, reversibly by photoisomerization by light irradiation. Melting temperature (Tm) control agent. More specifically, an increasing or decreasing agent for the melting temperature (Tm) of the DNA molecule.

本発明者らは、5’−CGG−3’/3’−GGC−5’の配列を有する1塩基のミスマッチにおけるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体の構造を解析してきた(非特許文献1及び2参照)。そして、これらの結果から、本発明者らは、当該ナフチリジンカルバメートダイマー誘導体、特に一般式(1)におけるR及びRがメチル基であって、Rがプロピレン基であって、Rが水素原子であって、Xが酸素原子であるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(以下、NCと略すことがある。)がグアニン(G)と水素結合をし、2分子のNCがGGの連続する配列に対して水素結合するものと仮定した。この仮定を図1により説明する。図1のa(図1の左側)はNCとグアニン(G)との水素結合の様子を示したものであり、図1b(図1の右側)はG−Gの1塩基のミスマッチ配列に対するNCの入り方を模式的に示したものである。連続するGGの配列に対して2分子のNCが水素結合する。そして、この結果、連続するGGの配列に隣接する塩基がDNAのらせんの外側に出されると仮定した。そして本発明者らは、この仮定が正しいのであれば、連続するGGの配列に隣接する塩基はマッチするシトシン(C)である必要はなく、ミスマッチの塩基であっても可能ではないかと考えた。なお、図1bでは、この塩基をXで示している。そこで、本発明者らは、この仮説を立証するために5’−TGG−3’/3’−GGC−5’の配列を有する2塩基対のミスマッチについて実験をした。 The present inventors have analyzed the structure of a naphthyridine carbamate dimer derivative in a single-base mismatch having a sequence of 5′-CGG-3 ′ / 3′-GGC-5 ′ (see Non-Patent Documents 1 and 2). From these results, the present inventors have found that the naphthyridine carbamate dimer derivative, particularly, R 1 and R 2 in the general formula (1) are methyl groups, R is a propylene group, and R 3 is hydrogen. A naphthyridine carbamate dimer derivative (hereinafter sometimes abbreviated as NC), which is an atom and X is an oxygen atom, forms a hydrogen bond with guanine (G), and two molecules of NC form a continuous sequence of GG It was assumed that hydrogen bonds. This assumption will be described with reference to FIG. FIG. 1a (left side of FIG. 1) shows the state of hydrogen bonding between NC and guanine (G), and FIG. 1b (right side of FIG. 1) shows NC for a single-base mismatch sequence of GG. This is a schematic illustration of how to enter. Two molecules of NC hydrogen bond to a continuous GG sequence. As a result, it was assumed that the base adjacent to the continuous GG sequence was put out of the DNA helix. Then, the present inventors considered that if this assumption is correct, the base adjacent to the continuous GG sequence need not be a matching cytosine (C), and even a mismatched base may be possible. . In FIG. 1b, this base is indicated by X. In order to prove this hypothesis, the present inventors then experimented with a two-base pair mismatch having the sequence 5′-TGG-3 ′ / 3′-GGC-5 ′.

このために11塩基からなるDNA(T1/C1)を作製した。それぞれの塩基配列は、
T1 : 5’−CCCATGGTCCG−3’
C1 : 3’−GGGTGGCAGGC−5’
であり、T−G及びG−Gの2カ所のミスマッチを有するものである(下線部参照)。
このDNA(T1/C1)(5μM)の0.1MのNaClを含有する10mMカコジル酸ナトリウム(pH=7.0)緩衝液中での融解温度(Tm)は35.7℃であった。これにNC100μMを添加して、同様に融解温度(Tm)を測定したところ71.1℃になった。実に35.7℃もの融解温度の上昇を観測することができた。この結果を図2に示す。図2の横軸は温度(℃)を示し、縦軸は260nmにおける吸光度を示す。温度は毎分1℃の速度で上昇させ、1℃毎に吸光度を3回測定し、その平均値を図2のグラフに示した。図2の上側の曲線(原図では黒色)はNCが不存在の場合を示し、下側の曲線(原図では赤色)はNCが存在する場合を示している。
図2からもわかるように、特に45℃〜55℃の範囲においては、NCが存在していない場合にはT1及びC1は、1本鎖で存在しているが、NCが存在する場合にはT1及びC1は2本鎖で存在している。
For this purpose, DNA consisting of 11 bases (T1 / C1) was prepared. Each base sequence is
T1: 5′-CCCA TG GTCCG-3 ′
C1: 3′-GGGT GG CAGGC-5 ′
And has two mismatches of TG and GG (see underlined portion).
The melting temperature (Tm) of this DNA (T1 / C1) (5 μM) in 10 mM sodium cacodylate (pH = 7.0) buffer containing 0.1 M NaCl was 35.7 ° C. NC 100 μM was added thereto, and the melting temperature (Tm) was measured in the same manner. As a result, it was 71.1 ° C. Indeed, an increase in melting temperature of 35.7 ° C. could be observed. The result is shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 2 indicates temperature (° C.), and the vertical axis indicates absorbance at 260 nm. The temperature was increased at a rate of 1 ° C. per minute, and the absorbance was measured 3 times every 1 ° C., and the average value is shown in the graph of FIG. The upper curve (black in the original drawing) in FIG. 2 shows a case where NC is not present, and the lower curve (red in the original drawing) shows a case where NC is present.
As can be seen from FIG. 2, particularly in the range of 45 ° C. to 55 ° C., when NC is not present, T1 and C1 are present as a single chain, but when NC is present, T1 and C1 exist in a double strand.

これをさらに確認するために、CSI−TOF(cold spray ionization timt-of-flight)マススペクトルをとった。T1及びC1の20μMの、100mM酢酸アンモニウムを含有する50%含水メタノール溶液におけるNC40μMの存在下又は不存在下におけるCSI−TOFマススペクトルの結果の1000−1800の範囲を図3に示す。試料は−10℃に冷却して0.5mL/時間の速度で注入された。図3a(図3の左側)はNC不存在下のものであり、図3b(図3の右側)はNC存在下のものである。
図3aに示されるように、1本鎖のT1は3イオンとして([T1]3−)、m/zが1096.2に観測された(計算値:1096.2)。T1とC1の2本鎖のもは5イオンとして([T1/C1]5−)、m/zが1344.8に観測された(計算値:1344.6)。一方、NCを添加することにより、新たなピークであるNCとの2:1の複合体([T1/C1+2NC]5−)のピークが、m/z1546.3に観測された(計算値:1545.9)。
また、NCの濃度を変化させると、1本鎖のT1イオン([T1]3−)が減少し、NCとの複合体([T1/C1+2NC]5−)が増加してくる様子が観察された。図4a(図4の左側)は20μMのT1に対するNCの濃度が20μM(T1:NC=1:1)の場合のCSI−TOFマススペクトルであり、図4b(図4の右側)は20μMのT1に対するNCの濃度が60μM(T1:NC=1:3)の場合のCSI−TOFマススペクトルである。この結果、NCの濃度の増加と共に1本鎖のT1イオン([T1]3−)が減少し、NCとの複合体([T1/C1+2NC]5−)が増加してくることが示された。
In order to further confirm this, a CSI-TOF (cold spray ionization timing-of-flight) mass spectrum was taken. FIG. 3 shows a range of 1000-1800 as a result of CSI-TOF mass spectrum in the presence or absence of NC 40 μM in a 50% aqueous methanol solution containing 20 mM of T1 and C1 and 100 mM ammonium acetate. The sample was cooled to −10 ° C. and injected at a rate of 0.5 mL / hour. 3a (left side of FIG. 3) is in the absence of NC, and FIG. 3b (right side of FIG. 3) is in the presence of NC.
As shown in FIG. 3a, single-stranded T1 was observed as a 3 - ion ([T1] 3− ), and m / z was observed at 1096.2 (calculated value: 1096.2). Moha double stranded T1 and C1 5 - as an ion ([T1 / C1] 5-) , m / z was observed at 1344.8 (calculated value: 1344.6). On the other hand, by adding NC, a peak of 2: 1 complex ([T1 / C1 + 2NC] 5− ) with NC, which is a new peak, was observed at m / z 1546.3 (calculated value: 1545). .9).
In addition, when the concentration of NC was changed, it was observed that the single-stranded T1 ion ([T1] 3− ) decreased and the complex with NC ([T1 / C1 + 2NC] 5− ) increased. It was. 4a (left side of FIG. 4) is a CSI-TOF mass spectrum when the concentration of NC is 20 μM (T1: NC = 1: 1) with respect to 20 μM T1, and FIG. 4b (right side of FIG. 4) is T1 of 20 μM. It is a CSI-TOF mass spectrum in case the density | concentration of NC with respect to is 60 micromol (T1: NC = 1: 3). As a result, it was shown that the single-stranded T1 ion ([T1] 3− ) decreased and the complex with NC ([T1 / C1 + 2NC] 5− ) increased with increasing NC concentration. .

そして、本発明者らは、この場合には5’−TGG−3’/3’−GGC−5’の配列におけるチミン(T)は、DNAのらせんの外側にくるものと予測した。これを確認するために、本発明者らは、NCにより2本鎖を形成したDNA(T1/C1)の過マンガン酸カリウムによる酸化を試みた。もし、チミン(T)が螺旋の外側にあれば、過マンガン酸カリウムによる酸化を受けてチミングリコール(Tg)になる(Hayatsu, H.;Ukita, T., Biochem. Biophys. Res. Comm., 1967, 29, 556-561参照)。そして、酸化されたチミングリコール(Tg)は、ピペリジン中で加熱することによりこの部位で切断される(Rubin, C. M.;Schmid, C. W., Nucleic. Acids Res., 1980, 8, 4613-20 ; Maxam, A. M.;Gilbert, W., Methods Enzymol., 1980, 65, 499-560 ; Gogos, J. A.;Karayiorgou, M., et al., Nucleic. Acids Res., 1990, 18, 6807-6814参照)。
2本鎖DNA(T1/C1)を0℃で過マンガン酸カリウムで酸化し、次いでピペリジン中で90℃で処理した。この反応の概要を次のスキームで示す。
In this case, the present inventors predicted that thymine (T) in the 5′-TGG-3 ′ / 3′-GGC-5 ′ sequence would be outside the DNA helix. In order to confirm this, the present inventors tried to oxidize DNA (T1 / C1) in which double strands were formed by NC with potassium permanganate. If thymine (T) is outside the helix, it is oxidized by potassium permanganate to thymine glycol (Tg) (Hayatsu, H .; Ukita, T., Biochem. Biophys. Res. Comm., 1967, 29, 556-561). Oxidized thymine glycol (Tg) is then cleaved at this site by heating in piperidine (Rubin, CM; Schmid, CW, Nucleic. Acids Res., 1980, 8, 4613-20; Maxam, AM; Gilbert, W., Methods Enzymol., 1980, 65, 499-560; Gogos, JA; Karayiorgou, M., et al., Nucleic. Acids Res., 1990, 18, 6807-6814).
Double stranded DNA (T1 / C1) was oxidized with potassium permanganate at 0 ° C. and then treated in piperidine at 90 ° C. The outline of this reaction is shown in the following scheme.

Figure 2009201356
Figure 2009201356

NCの不存在下における2本鎖のT1/C1は0.2mMの過マンガン酸カリウムで320分間処理しても反応しなかったが、40μMのNCの存在下での2本鎖のT1/C1ではTg1(チミングリコールに酸化されたT1鎖)がHPLCにより確認された。そして、ピペリジン中での加熱処理により切断されたフラグメントの存在がHPLCで確認された。これらのHPLCのチャートを図5に示す。図5a(図5の左上側)はNCの不存在下での過マンガン酸カリウムによる処理結果のHPLCを示し、図5b(図5の右上側)はNCの存在下での過マンガン酸カリウムによる処理結果のHPLCを示し、図5c(図5の左下側)はNCの存在下での過マンガン酸カリウムによる処理の後、ピペリジンで加熱処理した結果のHPLCを示す。この結果、図5bではTg1のピークを確認することができ、さらにピペリジン中での加熱処理により切断されたフラグメントCCCAp及びpGGTCCGを確認することができた。
また、これらのフラグメントをMALDI−TOFマススペクトルで確認した。酸化される前のT1はm/zが3293.5に観測され(計算値:3293.2)、酸化されたチミングリコール(Tg)のT1、即ちTg1はm/zが3326.1に観測された(計算値:3327.2)。
そして、これをピペリジン中で加熱処理して得られたフラグメント5’−d(CCCA)−POH−3’(CCCAp)のm/zは1198.6に観測され(計算値:1198.8)、もう一方のフラグメント5’−HOP−d(GGTCCG)−3’(pGGTCCG)のm/zは1888.4に観測された(計算値:1888.2)。
また、これらのオリゴマーは、アルカリホスファターゼにより末端を脱リン酸化し、標準のオリゴマーと共に逆相HPLCにおいても確認された。
11塩基からなるT1には2つのチミン(T)が存在している。即ち、−ATGG−におけるチミン(T)と、−GGTCC−におけるチミン(T)が存在している。しかし、過マンガンサンカリウムによる処理及びそれに続くピペリジンでの処理においては前者、即ち、−ATGG−におけるチミン(T)だけが反応した結果が得られた。この結果は、当該チミン(T)のみがNCの存在によりDNAのらせんの外側に存在していることを証明している。
Double-stranded T1 / C1 in the absence of NC did not react for 320 minutes with 0.2 mM potassium permanganate, but double-stranded T1 / C1 in the presence of 40 μM NC. Then, Tg1 (T1 chain oxidized to thymine glycol) was confirmed by HPLC. The presence of fragments cleaved by heat treatment in piperidine was confirmed by HPLC. These HPLC charts are shown in FIG. FIG. 5a (upper left of FIG. 5) shows an HPLC of the result of treatment with potassium permanganate in the absence of NC, and FIG. 5b (upper right of FIG. 5) shows with potassium permanganate in the presence of NC. Fig. 5c (lower left side of Fig. 5) shows the HPLC of the result of heat treatment with piperidine after treatment with potassium permanganate in the presence of NC. As a result, the peak of Tg1 could be confirmed in FIG. 5b, and the fragments CCCAp and pGGTCCG cleaved by heat treatment in piperidine could be confirmed.
These fragments were confirmed by MALDI-TOF mass spectrum. T1 before oxidation is observed at m / z 3293.5 (calculated value: 3293.2), and T1 of oxidized thymine glycol (Tg), that is, Tg1 is observed at m / z 3326.1. (Calculated value: 3327.2).
And m / z of the fragment 5′-d (CCCA) -PO 3 H-3 ′ (CCCAp) obtained by heat-treating this in piperidine was observed at 118.6 (calculated value: 198.8). ), M / z of the other fragment 5′-HO 3 Pd (GGTCCG) -3 ′ (pGGTCCG) was observed at 1888.4 (calculated value: 1888.2).
These oligomers were also dephosphorylated at the end with alkaline phosphatase and confirmed in reverse phase HPLC along with standard oligomers.
Two thymines (T) exist in T1 consisting of 11 bases. That is, thymine (T) in -ATGG- and thymine (T) in -GGTCC- exist. However, in the treatment with potassium permanganate and subsequent treatment with piperidine, only the former, ie, thymine (T) in -ATGG- was reacted. This result proves that only the thymine (T) is present outside the DNA helix due to the presence of NC.

これらの結果から、NCが2個のミスマッチを含有するDNAの融解温度(Tm)を上昇させ、かつ2本鎖DNAとして安定に存在させることができる試薬であることを証明している。そしてグアニン以外のミスマッチ塩基はDNAの螺旋の外側に追い出されている構造となっている。
さらに、本発明者らは、これらの結果が普遍的なものであるかどうかをさらに確認するために、5’−TGG−3’/3’−GGT−5’の配列を有する3塩基対のミスマッチ、即ち、T−Gミスマッチ、G−Gミスマッチ、及びG−Tミスマッチのものについて実験をした。
このために11塩基からなるDNA(T2/T3)を作製した。それぞれの塩基配列は、
T2 : 5’−CCTTTGGTCAG−3’
T3 : 3’−GGAAGGTAGTC−5’
であり、T−G、G−G、及びG−Tの3カ所のミスマッチを有するものである(下線部参照)。このDNA(T2/T3)は室温では1本鎖DNAとして存在しているが、NCの濃度が増加するにつれて2本鎖DNAとして存在するようになる。そして100μMのNCの存在下での融解温度(Tm)は58.8℃に達した。このように、このDNA(T2/T3)(5μM)の0.1MのNaClを含有する10mMカコジル酸ナトリウム(pH=7.0)緩衝液中での融解温度(Tm)は室温以下であったが、これにNCを100μMを添加して、同様に融解温度(Tm)を測定したところ58.8℃になった。実に30℃以上もの融解温度の上昇を観測することができた。なお、DNA(T2/T3)の融解温度(Tm)は、10℃以下であることまでは測定することができたが、正確な融解温度(Tm)の測定は困難であった。
このDNA(T2/T3)(5μM)の熱変性特性を図6に示す。図6の横軸は温度(℃)を示し、縦軸は260nmにおける吸光度を示す。温度は毎分1℃の速度で上昇させ、1℃毎に吸光度を3回測定し、その平均値を図6のグラフに示した。図6の8本の曲線は、右末端(80℃付近)の下からNCの濃度が0、2.5、5、10、20、40、60、及び100μMである場合をそれぞれ示す。
NCの各濃度におけるT2とT3の1本鎖から2本鎖への転移をCDスペクトルにより観察した。T2及びT3のそれぞれ5μMの、0.1MのNaClを含有する10mMカコジル酸ナトリウム(pH=7.0)緩衝液中で、25℃における、NCの濃度が0、5、10、15、及び20μMでのそれぞれのCDスペクトルを測定した。結果を図7に示す。図7中の(a)はNCが0、即ち不存在の場合を示し、(b)はNCが5μMの場合を示し、(c)はNCが10μMの場合を示し、(d)はNCが15μMの場合を示し、(e)はNCが20μMの場合を示す。この結果、NCが存在していない場合には272nmでプラスのバンドを示し、250nmではマイナスのバンドがしめされたが、NCの添加により、モル比が1から4に増加するにつれてプラスのバンドが楕円的に増加することが示された。さらに、348nm及び324nmでのCDバンドの強度がNCの濃度の増加と共に変化した。このCDの変化はイソ二色性(isodichroic)のポイントを包含しており、T2及びT3の1本鎖からNCを含む2本鎖への転移を示している。
From these results, it is proved that NC is a reagent that can increase the melting temperature (Tm) of DNA containing two mismatches and can exist stably as double-stranded DNA. The mismatch base other than guanine has a structure that is driven out of the DNA helix.
In addition, we have further confirmed that these results are universal in that a 3 base pair of 5′-TGG-3 ′ / 3′-GGT-5 ′ sequence is used. Experiments were performed on mismatches, ie, TG mismatch, GG mismatch, and GT mismatch.
For this purpose, DNA consisting of 11 bases (T2 / T3) was prepared. Each base sequence is
T2: 5′-CCTT TGG TCAG-3 ′
T3: 3′-GGAA GGT AGTC-5 ′
And has three mismatches of TG, GG, and GT (see the underlined portion). This DNA (T2 / T3) exists as a single-stranded DNA at room temperature, but becomes a double-stranded DNA as the NC concentration increases. The melting temperature (Tm) in the presence of 100 μM NC reached 58.8 ° C. Thus, the melting temperature (Tm) of this DNA (T2 / T3) (5 μM) in a 10 mM sodium cacodylate (pH = 7.0) buffer containing 0.1 M NaCl was below room temperature. However, when 100 μM of NC was added thereto and the melting temperature (Tm) was measured in the same manner, it was 58.8 ° C. Indeed, an increase in melting temperature of 30 ° C. or higher could be observed. Although the melting temperature (Tm) of DNA (T2 / T3) could be measured up to 10 ° C. or less, it was difficult to accurately measure the melting temperature (Tm).
The heat denaturation characteristics of this DNA (T2 / T3) (5 μM) are shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 6 represents temperature (° C.), and the vertical axis represents absorbance at 260 nm. The temperature was increased at a rate of 1 ° C. per minute, and the absorbance was measured three times every 1 ° C., and the average value is shown in the graph of FIG. The eight curves in FIG. 6 show the cases where the concentration of NC is 0, 2.5, 5, 10, 20, 40, 60, and 100 μM from the bottom of the right end (around 80 ° C.), respectively.
The transition from single strand to double strand of T2 and T3 at each concentration of NC was observed by CD spectrum. NC concentrations of 0, 5, 10, 15, and 20 μM at 25 ° C. in 10 mM sodium cacodylate (pH = 7.0) buffer containing 5 μM each of T2 and T3 and 0.1 M NaCl. Each CD spectrum at was measured. The results are shown in FIG. (A) in FIG. 7 shows a case where NC is 0, that is, non-existence, (b) shows a case where NC is 5 μM, (c) shows a case where NC is 10 μM, (d) shows a case where NC is The case of 15 μM is shown, and (e) shows the case where NC is 20 μM. As a result, when NC was not present, a positive band was shown at 272 nm and a negative band was shown at 250 nm. However, as the molar ratio was increased from 1 to 4 by addition of NC, a positive band was obtained. It was shown to increase elliptically. In addition, the intensity of the CD bands at 348 nm and 324 nm changed with increasing concentration of NC. This CD change includes a point of isodichroic, indicating a transition from a single strand of T2 and T3 to a double strand containing NC.

T2及びT3のNCを含む2本鎖の複合体の形成は、CSI−TOFマススペクトルによっても確認された。T2及びT3の20μMの、100mM酢酸アンモニウムを含有する50%含水メタノール溶液におけるNCの不存在(図8の(a))、NCが20μM存在(図8の(b))、NCが40μM存在(図8の(c))、及びNCが60μM存在(図8の(d))におけるCSI−TOFマススペクトルの結果の1000−1800の範囲を図8に示す。試料は−10℃に冷却して0.5mL/時間の速度で注入された。図8(a)(図8の左上側)はNC不存在下のものであり、図8(b)(図8の右上側)はNCが20μM存在下のものであり、図8(c)(図8の左下側)はNCが40μM存在下のものであり、図8(d)(図8の右下側)はNCが60μM存在下のものである。
図8(a)に示されるように、1本鎖のT2は3イオンとして([T2]3−)、m/zが1107.6に観測された(計算値:1106.2)。1本鎖のT3も3イオンとして([T3]3−)、m/zが1140.2に観測された(計算値:1138.9)。T2とT3の2本鎖のものは5イオンとして([T2/T3]5−)、m/zが1349.0に観測された(計算値:1347.2)。また、T2とT3の2本鎖のもので4イオンとして([T2/T3]4−)、m/zが1687.2に観測された(計算値:1684.3)。一方、NCを20μM、即ちモル比で1:1の量を添加した場合(図8の(b))には、新たなピークであるNCとの2:1の複合体([T2/T3+2NC]5−)のピークが、m/z1550.7に観測された(計算値:1548.5)。
また、NCの濃度を変化させると、1本鎖のT2イオン([T2]3−)及びT3イオン([T3]3−)が減少し、NCとの複合体([T2/T3+2NC]5−)が増加してくる様子が観察された(図8(c)(図8の左下側)及び図8(d)(図8の右下側)参照)。
この場合においても、DNA:NCのモル比が1:2の化学量論量での複合体の形成が確認された。
The formation of a double-stranded complex containing T2 and T3 NCs was also confirmed by CSI-TOF mass spectrum. Absence of NC in a 50% aqueous methanol solution containing 20 mM of T2 and T3 containing 100 mM ammonium acetate (FIG. 8 (a)), NC was present at 20 μM (FIG. 8 (b)), and NC was present at 40 μM ( FIG. 8 shows a range of 1000 to 1800 as a result of CSI-TOF mass spectrum when (c) in FIG. 8) and NC is present at 60 μM ((d) in FIG. 8). The sample was cooled to −10 ° C. and injected at a rate of 0.5 mL / hour. 8 (a) (upper left side of FIG. 8) is in the absence of NC, and FIG. 8 (b) (upper right side of FIG. 8) is in the presence of 20 μM of NC, FIG. 8 (c). (Lower left side in FIG. 8) is in the presence of 40 μM NC, and FIG. 8D (lower right side in FIG. 8) is in the presence of 60 μM NC.
As shown in FIG. 8A, single-stranded T2 was observed as 3 - ion ([T2] 3− ), and m / z was observed at 1107.6 (calculated value: 106.2). Single-stranded T3 was also observed as 3 - ion ([T3] 3− ), and m / z was observed at 1140.2 (calculated value: 1138.9). The T2 and that of the two strands of T3 5 - as an ion ([T2 / T3] 5-) , m / z was observed at 1349.0 (calculated value: 1347.2). In addition, it was a double-stranded one of T2 and T3 and was observed as 4 - ion ([T2 / T3] 4- ), and m / z was observed at 1687.2 (calculated value: 1684.3). On the other hand, when NC was added in an amount of 20 μM, that is, a molar ratio of 1: 1 ((b) in FIG. 8), a 2: 1 complex ([T2 / T3 + 2NC]) with the new NC was obtained. The peak of 5- ) was observed at m / z 1550.7 (calculated value: 1548.5).
Further, when the concentration of NC is changed, single-stranded T2 ions ([T2] 3− ) and T3 ions ([T3] 3− ) are decreased, and a complex with NC ([T2 / T3 + 2NC] 5− ) Increased (see FIG. 8C (lower left side in FIG. 8) and FIG. 8D) (lower right side in FIG. 8)).
Even in this case, formation of a complex with a stoichiometric amount of 1: 2 molar ratio of DNA: NC was confirmed.

さらに、前記の場合と同様に過マンガン酸カリウムによる酸化切断を次に示す11塩基からなるDNAを用いて実験した。
T4 : 5’−GCAATGGTTGC−3’
T4 : 3’−CGTTGGTAACG−5’
この反応スキームを前記したスキームと同様に次に示す。
Further, in the same manner as described above, oxidative cleavage with potassium permanganate was conducted using DNA consisting of the following 11 bases.
T4: 5′-GCAA TGG TTGC-3 ′
T4: 3′-CGTT GGT AACG-5 ′
This reaction scheme is shown next as in the above scheme.

Figure 2009201356
Figure 2009201356

NCの不存在下におけるT4を、0℃で0.2mMの過マンガン酸カリウムで40分間処理しても反応しなかった(図9(a)参照)が、40μMのNCの存在下での2本鎖のT4/T4では、続くピリミジンでの加熱処理後で生成物1及び2が確認された(図9(b)参照)。0.2mMの過マンガン酸カリウムでの処理を5時間とすることにより、生成物1及び2を主生成物として得ることが出来る(図9(c)参照)。0.2mMの過マンガン酸カリウムでの処理で得られるTg4(チミングリコールに酸化されたT4鎖)は、HPLCではT4のすぐそばにあらわれ、HPLCにより確認することは困難であったが、酸化に続くピペリジンの加熱処理により生成物1及び2が得られることから容易に確認することができた。ここで得られた生成物1及び2は、MALDI−TOFマススペクトルにより確認された。即ち生成物1はオリゴマー5’−d(GCAA)−POH−3’であり、m/zが1261.6に観測され(計算値:1262.2)、生成物2はオリゴマー5’−HOP−d(GGTTGC)−3’であり、m/zが1901.7に観測された(計算値:1902.3)。これらのオリゴマーは、アルカリホスファターゼの存在したで、37℃で30分間処理することにより脱リン酸化してそれぞれ5’−d(GCAA)−3’及び5’−d(GGTTGC)−3’として、これを標品ののものと比較して同じリテンションタイムを有するものであることを確認した(図9(d)参照)。
これらのHPLCのチャートを図9に示す。図9(a)(図9の左上側)はNCの不存在下での過マンガン酸カリウムによる処理結果のHPLCを示し、図9(b)(図9の右上側)は40μMのNCの存在下での過マンガン酸カリウムによる40分間の処理、続くピペリジン中での加熱処理後のHPLCを示し、図9(c)(図9の左下側)は40μMのNCの存在下での過マンガン酸カリウムによる5時間の処理、続くピペリジン中での加熱処理後のHPLCを示す。図9(d)(図9の右下側)は生成物1及び2をアルカリホスファターゼで処理した後のHPLCの結果を示す。
この結果、図5bではTg1のピークを確認することができ、さらにピペリジン中での加熱処理により切断されたフラグメントCCCAp及びpGGTCCGを確認することができた。
また、酸化される前のT4のMALDI−TOFマススペクトルはm/zが3372.01に観測され(計算値:3370.60)、酸化されたチミングリコール(Tg)のT4、即ちTg4はm/zが3404.37に観測された(計算値:3404.61)。このことからも前記した5’−TGG−3’/3’−GGC−5’の配列を有する2塩基対のミスマッチと同様な化学量論的な構造が、5’−TGG−3’/3’−GGT−5’の配列を有する3塩基対のミスマッチいおいても生起していることが確認された。
これらの結果から、NCが3個のミスマッチを有するDNA分子についても、前記した2個のミスマッチを含有するDNAの場合と同様に、融解温度(Tm)を上昇させ、かつ2本鎖DNAとして安定に存在させることができる試薬であることが証明された。そしてグアニン以外のミスマッチ塩基はDNAのらせんの外側に追い出されている構造となっていることが証明された。
Treatment of T4 in the absence of NC with 0.2 mM potassium permanganate at 0 ° C. for 40 minutes did not react (see FIG. 9 (a)), but 2 in the presence of 40 μM NC. In the main chain T4 / T4, products 1 and 2 were confirmed after the subsequent heat treatment with pyrimidine (see FIG. 9B). By treating with 0.2 mM potassium permanganate for 5 hours, the products 1 and 2 can be obtained as main products (see FIG. 9C). Tg4 (T4 chain oxidized to thymine glycol) obtained by treatment with 0.2 mM potassium permanganate appears in the immediate vicinity of T4 in HPLC and was difficult to confirm by HPLC. The products 1 and 2 were obtained by the subsequent heat treatment of piperidine, which could be easily confirmed. The products 1 and 2 obtained here were confirmed by MALDI-TOF mass spectrum. That is, product 1 is oligomer 5′-d (GCAA) —PO 3 H-3 ′, m / z is observed at 1261.6 (calculated value: 1262.2), and product 2 is oligomer 5′- HO 3 Pd (GGTTGC) -3 ′, m / z was observed at 1901.7 (calculated value: 1902.3). In the presence of alkaline phosphatase, these oligomers were dephosphorylated by treatment at 37 ° C. for 30 minutes to give 5′-d (GCAA) -3 ′ and 5′-d (GGTTGC) -3 ′, respectively. This was compared with that of the standard product and confirmed to have the same retention time (see FIG. 9 (d)).
These HPLC charts are shown in FIG. FIG. 9 (a) (upper left of FIG. 9) shows the HPLC of the result of treatment with potassium permanganate in the absence of NC, and FIG. 9 (b) (upper right of FIG. 9) shows the presence of 40 μM NC. 9 shows HPLC after treatment with potassium permanganate for 40 minutes, followed by heat treatment in piperidine, FIG. 9 (c) (bottom left of FIG. 9) shows permanganate in the presence of 40 μM NC. Shown is HPLC after 5 hours treatment with potassium followed by heat treatment in piperidine. FIG. 9 (d) (lower right side of FIG. 9) shows the HPLC results after treating products 1 and 2 with alkaline phosphatase.
As a result, the peak of Tg1 could be confirmed in FIG. 5b, and the fragments CCCAp and pGGTCCG cleaved by heat treatment in piperidine could be confirmed.
Further, the MALDI-TOF mass spectrum of T4 before oxidation was observed at m / z of 3372.01 (calculated value: 3370.60), and T4 of oxidized thymine glycol (Tg), that is, Tg4 was m / z. z was observed at 3404.37 (calculated value: 3404.61). From this, the stoichiometric structure similar to the 2 base pair mismatch having the 5′-TGG-3 ′ / 3′-GGC-5 ′ sequence described above is 5′-TGG-3 ′ / 3. It was confirmed that even a mismatch of 3 base pairs having the sequence of “-GGT-5” occurred.
From these results, it is possible to increase the melting temperature (Tm) and stabilize as a double-stranded DNA for DNA molecules having 3 mismatches, as in the case of DNA containing 2 mismatches as described above. Proved to be a reagent that can be present in It was proved that the mismatch bases other than guanine had a structure that was driven out of the DNA helix.

これらの実験結果は、ナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(NC)が、2つ以上のミスマッチを有するDNAにおいて充分な安定化効果、即ち、融解温度(Tm)を上昇させる作用をゆうしていることを実証するものである。これは、このようなナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(NC)は、通常の温度域でハイブリダイズすることができない程度に塩基配列が相違している1本鎖のDNAを安定化させてハイブリダイズさせることができるという特性を有していることを実証するものである。そして、この事実はシトシン(C)やチミン(T)などのピリミジン塩基に限定されるものではなく、アデニン(A)やグアニン(G)などのプリン塩基においても同等に、即ち、NCの存在によりミスマッチの塩基対の塩基がDNAのらせんの外側に追い出されることを示すものでもある。
このように、本発明が開示するナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(NC類)は、DNAの安定化や融解温度(Tm)の上昇という現象だけでなく、DNAの構造を水素結合とπ電子系によるπ−スタッキング効果により構造的に安定化させる作用を有するものであることが本発明により具体的に明らかにされたのである。
These experimental results demonstrate that the naphthyridine carbamate dimer derivative (NC) exhibits a sufficient stabilizing effect in DNA having two or more mismatches, that is, an effect of increasing the melting temperature (Tm). Is. This is because such a naphthyridine carbamate dimer derivative (NC) can stabilize and hybridize single-stranded DNAs that are different in base sequence to such an extent that they cannot hybridize in a normal temperature range. It demonstrates that it has the property of being able to. And this fact is not limited to pyrimidine bases such as cytosine (C) and thymine (T), but also in purine bases such as adenine (A) and guanine (G), that is, due to the presence of NC. It also indicates that the base of the mismatched base pair is driven out of the DNA helix.
As described above, the naphthyridine carbamate dimer derivatives (NCs) disclosed in the present invention have not only the phenomenon of stabilization of DNA and an increase in melting temperature (Tm), but also the structure of DNA by π- It has been clarified specifically by the present invention that it has an action of stabilizing the structure by the stacking effect.

本発明のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(NC類)は、一般式(1)で示されるものであるり、当該一般式(1)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体について、さらに詳細に説明する。
本発明の一般式(1)における、R及びRはそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5の炭化水素基、又は炭素数1〜5の炭化水素基の1つ以上の炭素原子が窒素原子及び酸素原子からなる群から選ばれる原子で置換されている基を示ものである。ここで、炭素数1〜5の炭化水素基としては、飽和であっても不飽和であってもよく、また直鎖状であっても分岐状であってもよい。かかる炭化水素基としては、炭素数1〜5の直鎖状又は分岐状のアルキル基、炭素数2〜5の直鎖状又は分岐状のアルケニル基、炭素数3〜5のシクロアルキル基などが挙げられる。このような炭化水素基としては、具体的には例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基等のアルキル基;ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基等のアルケニル基;エチニル基、プロピニル基等のアルキニル基等を挙げることができる。好ましい炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などの炭素数1〜5の直鎖状又は分岐状のアルキル基が挙げられる。また、R及びRにおける、炭素数1〜5の炭化水素基の少なくとも1つ以上の炭素原子が窒素原子及び酸素原子からなる群から選ばれる原子で置換されている基としては、1個の炭素原子が酸素原子で置換された炭素数1〜4のアルコキシル基、炭素数1〜4のアルコキシアルキル基、1この炭素原子が窒素原子で置換された炭素数1〜4のジアルキルアミノ基、炭素数1〜4の(ジ又はモノ)−アルキルアミノアルキル基、2個の炭素原子が酸素原子で置換された炭素数1〜3のアルコキシアルコキシ基等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
The naphthyridine carbamate dimer derivative (NCs) of the present invention is represented by the general formula (1) or the naphthyridine carbamate dimer derivative represented by the general formula (1) will be described in more detail.
In the general formula (1) of the present invention, R 1 and R 2 are each independently one or more carbon atoms of a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, or a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms. Is a group substituted with an atom selected from the group consisting of a nitrogen atom and an oxygen atom. Here, the hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms may be saturated or unsaturated, and may be linear or branched. Examples of such hydrocarbon groups include linear or branched alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, linear or branched alkenyl groups having 2 to 5 carbon atoms, and cycloalkyl groups having 3 to 5 carbon atoms. Can be mentioned. Specific examples of such hydrocarbon groups include alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, and pentyl groups; Examples thereof include alkenyl groups such as vinyl group, allyl group, isopropenyl group, butenyl group and pentenyl group; alkynyl groups such as ethynyl group and propynyl group. Preferable hydrocarbon groups include linear or branched alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms such as methyl group, ethyl group, propyl group, and isopropyl group. In addition, as the group in which at least one carbon atom of the hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms in R 1 and R 2 is substituted with an atom selected from the group consisting of a nitrogen atom and an oxygen atom, A C 1-4 alkoxyl group in which the carbon atom is substituted with an oxygen atom, a C 1-4 alkoxyalkyl group, a C 1-4 dialkylamino group in which the carbon atom is substituted with a nitrogen atom, C1-C4 (di or mono) -alkylaminoalkyl groups, C1-C3 alkoxyalkoxy groups in which two carbon atoms are substituted with oxygen atoms, and the like are limited thereto. is not.

本発明の一般式(1)におけるXとしては、酸素原子又は硫黄原子が挙げられる。Xが酸素原子の場合には隣接するアミド基と共にカルバメート基を形成することになり、Xが硫黄原子の場合には、隣接するアミド基と共にチオカルバメート基を形成することになる。このように、本発明におけるカルバメート基としては、酸素源sにからなるカルバメート基であってもよいし、1つの酸素原子が硫黄原子で置換されたチオカルバメート基であってもよい。好ましいカルバメート基としては、酸素原子からなるカルバメート基、即ちXが酸素原子であるカルバメート基が挙げられる。
本発明の一般式(1)におけるRとしては、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示し、具体的には例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基などの直鎖状のアルキレン基、メチルメチレン基、エチルメチレン基、1−メチルエチレン基、2−メチルエチレン基、1−エチルエチレン基、2−エチルエチレン基、1−メチルプロピレン基、2−メチルプロピレン基、3−メチルプロピレン基、1−エチルプロピレン基、2−エチルプロピレン基、3−エチルプロピレン基などの分岐状のアルキレン基などが挙げられる。好ましいRとしては、2個のナフチリジン環がグアニン等と水素結合を形成し、立体的にπ−スタッキング効果を得ることが出来る長さと自由度を有し、分子の熱安定性が優れたアルキレン基が挙げられ、具体的には直鎖状における炭素数が3のプロピレン基又はそのそのアルキル基置換体が挙げられる。より好ましいRとしては、直鎖状のプロピレン基が挙げられる。
X in the general formula (1) of the present invention includes an oxygen atom or a sulfur atom. When X is an oxygen atom, a carbamate group is formed with an adjacent amide group, and when X is a sulfur atom, a thiocarbamate group is formed with an adjacent amide group. Thus, the carbamate group in the present invention may be a carbamate group composed of the oxygen source s, or a thiocarbamate group in which one oxygen atom is substituted with a sulfur atom. Preferred carbamate groups include carbamate groups consisting of oxygen atoms, that is, carbamate groups where X is an oxygen atom.
R in the general formula (1) of the present invention represents a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, and specifically includes, for example, a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a butylene group. Linear alkylene group, methylmethylene group, ethylmethylene group, 1-methylethylene group, 2-methylethylene group, 1-ethylethylene group, 2-ethylethylene group, 1-methylpropylene group, 2-methylpropylene group And branched alkylene groups such as 3-methylpropylene group, 1-ethylpropylene group, 2-ethylpropylene group, and 3-ethylpropylene group. Preferable R is an alkylene group in which two naphthyridine rings form a hydrogen bond with guanine or the like, have a length and a degree of freedom to obtain a sterically π-stacking effect, and have excellent thermal stability of the molecule. Specific examples thereof include a straight-chain propylene group having 3 carbon atoms or an alkyl group-substituted product thereof. More preferable R includes a linear propylene group.

一般式(1)におけるRとしては、本発明の一般式(1)で表されるナフチリジンカルバメートダイマーを単独で使用とする場合には水素原子であってよいが、これに限定されるものではない。水素原子以外の基としては炭素数1〜5、好ましくは1〜3程度の立体的に余り大きくなく、かつ化学的に不活性な基、例えばアルキル基などが挙げられる。
また、発明の一般式(1)で表されるナフチリジンカルバメートダイマーは、前述してきたようにDNA分子とモル比で1:2の化学量論量で結合することから、この二量体構造を有するものとして使用することもできる。このような二量体構造を有するものとしては、一般式(1)におけるRが一般式(2)で示される構造を有するものが挙げられる。一般式(2)におけるR、R、R、及びXは前記したものと同じである。一般式(2)におけるLとしては、それぞれのナフチリジンカルバメートダイマー部分を化学結合で結合させることができるものであって、両者の距離及び自由度を適度に保てるものであれば特に制限はない。好ましい、Lとしては、炭素数5〜15の直鎖状又は分岐状のアルキレン基、炭素数12〜20のフェニレン基を有するアルキレン基、次の一般式(3)
−R−Ar−N=N−Ar−R− (3)
(式中、R及びRは、それぞれ独立して炭素数1〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を示し、Ar及びArはそれぞれ独立してアリーレン基を示し、アゾ基はシン又はアンチ配置である。)
で表されるアゾ基を含有する基などが挙げれる。
前記した一般式(3)におけるR及びRとしては、炭素数1〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基などが挙げられる。好ましいアルキレン基としてはメチレン基が挙げられる。また、Ar及びArで表されるアリーレン基としては、炭素数6〜30、好ましくは6〜12の6員芳香環からなるアリール基から誘導される2価のアリーレン基が挙げられる。好ましいアリーレン基としては、p−フェニレン基、m−フェニレン基、o−フェニレン基などのフェニレン基があげられる。好ましいAr及びArとしては、p−フェニレン基が挙げられる。一般式式(3)におけるアゾ基はシン配置であってもアンチ配置であってもよいが、アゾ基の立体配置によりDNA分子の安定性が異なってくることは後述する。
本発明の一般式(1)における好ましい化合物としては、次の式(5)
R 3 in the general formula (1) may be a hydrogen atom when the naphthyridine carbamate dimer represented by the general formula (1) of the present invention is used alone, but is not limited thereto. Absent. Examples of the group other than a hydrogen atom include a group having 1 to 5 carbon atoms, preferably about 1 to 3 carbon atoms, and a chemically inert group such as an alkyl group.
In addition, the naphthyridine carbamate dimer represented by the general formula (1) of the present invention has this dimer structure because it binds to a DNA molecule in a stoichiometric amount of 1: 2 as described above. It can also be used as a thing. As those having such a dimeric structure, include those having a structure in which R 3 in the general formula (1) is represented by the general formula (2). R 1 , R 2 , R, and X in the general formula (2) are the same as described above. L in the general formula (2) is not particularly limited as long as each naphthyridine carbamate dimer moiety can be bonded by a chemical bond, and the distance and the degree of freedom of both can be appropriately maintained. L is preferably a linear or branched alkylene group having 5 to 15 carbon atoms, an alkylene group having a phenylene group having 12 to 20 carbon atoms, the following general formula (3)
—R 4 —Ar 1 —N═N—Ar 2 —R 5 — (3)
(Wherein R 4 and R 5 each independently represent a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, Ar 1 and Ar 2 each independently represent an arylene group, and an azo group Is thin or anti-configuration.)
And a group containing an azo group represented by:
Examples of R 4 and R 5 in the general formula (3) include a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, such as a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a butylene group. A preferable alkylene group includes a methylene group. Examples of the arylene group represented by Ar 1 and Ar 2 include a divalent arylene group derived from an aryl group composed of a 6-membered aromatic ring having 6 to 30 carbon atoms, preferably 6 to 12 carbon atoms. Preferable arylene groups include phenylene groups such as p-phenylene group, m-phenylene group and o-phenylene group. Preferable Ar 1 and Ar 2 include a p-phenylene group. The azo group in the general formula (3) may be in a syn configuration or an anti configuration, but it will be described later that the stability of the DNA molecule varies depending on the configuration of the azo group.
As a preferable compound in General formula (1) of this invention, following formula (5)

Figure 2009201356
Figure 2009201356

で表される化合物、即ち、一般式(1)におけるR及びRがメチル基であって、Rがプロピレン基であって、Rが水素原子であって、Xが酸素原子であるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体、次の式(6)又は(7) A naphthyridine in which R 1 and R 2 in the general formula (1) are a methyl group, R is a propylene group, R 3 is a hydrogen atom, and X is an oxygen atom Carbamate dimer derivative, the following formula (6) or (7)

Figure 2009201356
Figure 2009201356

Figure 2009201356
Figure 2009201356

で表される化合物、即ち、一般式(1)におけるR及びRがメチル基であって、Rがプロピレン基であって、RがN−(アゾ−ビス(p−フェニレンメチレン))−ナフチリジンカルバメートダイマーであって、Xが酸素原子であるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体のうちのアンチ異性体(6)及びシン異性体(7)が挙げられる。 In other words, R 1 and R 2 in the general formula (1) are methyl groups, R is a propylene group, and R 3 is N- (azo-bis (p-phenylenemethylene)). -Anti-isomer (6) and syn isomer (7) among naphthyridine carbamate dimers, which are naphthyridine carbamate dimers and X is an oxygen atom.

本発明の一般式(1)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体のうちのRが水素原子である化合物は、公知化合物であり、例えば、特許文献8に記載された方法により製造することができる。例えば、N,N−ビス(ヒドロキシアルキル)アミン又はそのN−保護体をサクシノイル基などのO−保護基で保護されたカーボネートとし、これに2−アミノ−1,8−ナフチリジン又はその7位が上記R又はRで置換された2−アミノ−1,8−ナフチリジンを反応させて、製造することができる。この際の保護基としては、塩酸塩やアシル基やアルコキシカルボニル基などのペプチド合成において使用されるアミノ保護基を使用することができる。 Of the naphthyridine carbamate dimer derivatives represented by the general formula (1) of the present invention, the compound in which R 3 is a hydrogen atom is a known compound, and can be produced by, for example, the method described in Patent Document 8. . For example, N, N-bis (hydroxyalkyl) amine or an N-protected form thereof is carbonate protected with an O-protecting group such as a succinoyl group, and this includes 2-amino-1,8-naphthyridine or its 7-position. It can be produced by reacting 2-amino-1,8-naphthyridine substituted with R 1 or R 2 . As the protecting group in this case, an amino protecting group used in peptide synthesis such as hydrochloride, acyl group or alkoxycarbonyl group can be used.

本発明の一般式(1)におけるRが水素原子以外のものである化合物、即ち、一般式(4)で表される化合物は新規化合物である。
本発明の一般式(4)で表される化合物は、例えば、次の一般式(8)
OHC−R−Ar−N=N−Ar−R−CHO
(式中、Ar及びArはそれぞれ独立してアリーレン基を示し、R及びRはそれぞれ独立して化学結合又は炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を示す。)
で表されるジアルデヒド誘導体を、前記した本発明の一般式(1)におけるRが水素原子である化合物と還元条件で反応させて、アミノ基をカップリングさせて製造することができる。これらの反応条件としては、通常の還元的アミノ化反応の条件を採用することができる。
The compound in which R 3 in the general formula (1) of the present invention is other than a hydrogen atom, that is, the compound represented by the general formula (4) is a novel compound.
Examples of the compound represented by the general formula (4) of the present invention include the following general formula (8).
OHC—R 6 —Ar 1 —N═N—Ar 2 —R 7 —CHO
(In the formula, Ar 1 and Ar 2 each independently represent an arylene group, and R 6 and R 7 each independently represent a chemical bond or a linear or branched alkylene group having 1 to 4 carbon atoms. )
Can be produced by reacting the compound in which R 3 in the general formula (1) of the present invention is a hydrogen atom under reducing conditions to couple an amino group. As these reaction conditions, the usual conditions for reductive amination reaction can be employed.

本発明の一般式(4)で示される化合物は、分子中にナフチリジンのような塩基を認識する、即ち塩基と水素結合することができる部位と、光の照射によりシン−アンチ異性化を起こすことができるアゾ基を有していることを特徴とするものである。
例えば、アンチ体(6)(トランス体)に360nmの光を照射することにより、シン異性体(7)(シス体)とすることができ、また、シン異性体(7)(シス体)に430nmの光を照射することにより、アンチ体(6)(トランス体)に可逆的に変換することができる。これらの光異性化の反応式を次に示しておく。
The compound represented by the general formula (4) of the present invention recognizes a base such as naphthyridine in the molecule, that is, a site capable of hydrogen bonding with the base, and causes syn-anti isomerization by light irradiation. It has the azo group which can be formed.
For example, by irradiating the anti isomer (6) (trans isomer) with light of 360 nm, the syn isomer (7) (cis isomer) can be obtained. By irradiation with light of 430 nm, it can be reversibly converted to the anti form (6) (trans form). The reaction formulas for these photoisomerizations are shown below.

Figure 2009201356
Figure 2009201356

このように光の照射により可逆的に変換されるシン異性体とアンチ異性体は立体的に大きく異なる構造となり、塩基との相互作用が立体的に制限されることになる。この様子を模式化して図10に示す。このようなアゾ基を有する分子は光1及び光2により可逆的に変換され、シス−トランスの立体構造を取ることになる。例えば、図10に示されるようにシン異性体(シス体)となったときにミスマッチのDNAに前記してきたNCと同様に相互作用をし、ミスマッチを有するDNA分子を安定化させることができる。しかし、このような立体構造により安定化されている状態にあったとしても、ここに光2が照射されてアンチ異性体(トランス体)に変化された場合には、もはや安定な相互作用をしうる立体構造をとることはできず、DNA分子は不安定になる。
例えば、GGミスマッチを含む二本鎖DNA5’−CTA ACG GAA TG−3’/3’−GAT TGG CTT AC−5’、及び式(6)で表されるトランス体−3を混合し、2本鎖DNAの融解温度(Tm)を測定した。360nmの光照射を5分間行い、トランス体−3(i)からシス体−3(ii)へと変換される。この時、2本鎖DNA分子の融解温度(Tm)は29℃から52℃へと大幅に上昇し(図11参照)、安定な二本鎖構造をとる。さらにシス体−3(ii)に対して430nmの光を照射するとトランス体−3(iii)へと戻る。そうすると再び二本鎖はミスマッチ塩基対の存在のため大きく不安定化される。さらに360nmの光照射を行うとシス体−3(iv)のまた戻る。これらのそれぞれの状態における熱変性特性を測定した結果を図11に示す。図11の横軸は温度(℃)を示し、縦軸は吸光度(AU)を示す。図11中の(i)はトランス体−3(i)の場合を示し、(ii)はシス体−3(ii)の場合を示し、(iii)はトランス体−3(iii)の場合を示し、(iv)はシス体−3(iv)の場合をそれぞれ示している。
このように、光の照射により「分子糊」の機能を再度よみがえらせることができる。以上のように小分子と光によって可逆的にDNAの二重鎖形成を制御することが可能であった。
In this way, the syn isomer and the anti isomer that are reversibly converted by irradiation with light have a structure that is significantly different sterically, and the interaction with the base is sterically limited. This situation is schematically shown in FIG. Molecules having such an azo group are reversibly converted by light 1 and light 2 to take a cis-trans three-dimensional structure. For example, as shown in FIG. 10, when it becomes a syn isomer (cis isomer), it can interact with mismatched DNA in the same manner as NC described above, and can stabilize a DNA molecule having mismatch. However, even if it is in a state stabilized by such a three-dimensional structure, when light 2 is irradiated here and changed to an anti isomer (trans isomer), it no longer has a stable interaction. The steric structure cannot be taken and the DNA molecule becomes unstable.
For example, double strand DNA 5′-CTA ACG GAA TG-3 ′ / 3′-GAT TGG CTT AC-5 ′ containing GG mismatch and trans-form-3 represented by formula (6) are mixed and The melting temperature (Tm) of the strand DNA was measured. 360 nm light irradiation is carried out for 5 minutes to convert from trans-form-3 (i) to cis-form-3 (ii). At this time, the melting temperature (Tm) of the double-stranded DNA molecule significantly increases from 29 ° C. to 52 ° C. (see FIG. 11), and takes a stable double-stranded structure. Furthermore, when 430 nm light is irradiated to cis-form-3 (ii), it will return to trans-form-3 (iii). Then again the duplex is greatly destabilized due to the presence of mismatched base pairs. Further irradiation with 360 nm light returns the cis-form-3 (iv) again. The results of measuring the heat denaturation characteristics in each of these states are shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 11 indicates temperature (° C.), and the vertical axis indicates absorbance (AU). In FIG. 11, (i) shows the case of trans isomer-3 (i), (ii) shows the case of cis isomer-3 (ii), and (iii) shows the case of trans isomer-3 (iii). (Iv) shows the case of cis-form-3 (iv), respectively.
In this way, the function of “molecular glue” can be revived by light irradiation. As described above, it was possible to reversibly control DNA double strand formation with small molecules and light.

前述してきたように、本発明の一般式(1)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体は、2つ以上のミスマッチを有するDNA分子の融解温度(Tm)を上昇させ、安定化する。これは、本発明の一般式(1)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体がミスマッチ配列中のGG部位に結合することにより、ミスマッチを含んだ二本鎖構造を誘起させ、安定化させるからである。即ち、本発明の一般式(1)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体は、ミスマッチを有して不安定なDNAを一本鎖から二本鎖へと変換する「分子糊」としての機能を発揮するからである。本発明の一般式(4)で表されるアゾ基を有するナフチリジンカルバメートダイマー誘導体は、このような「分子糊」として機能に、さらに、DNAの二本鎖形成を光などの外部刺激によって可逆的に制御するための機能を有するものということができる。このような光異性化能を有するアゾベンゼン骨格を本発明のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体のリンカー部に導入した分子が本発明の一般式(4)で表される化合物である。光照射によってアゾベンゼン部位のトランス/シスが変換され、それに応じて、トランス体及びシス体のミスマッチDNAに対する結合能も変化する(図10参照)。即ち、一般式(4)の化合物は、照射する光の波長により「分子糊」としての機能のオン/オフの切り替えを制御することができることになる。
このような光による制御を可能とする化合物としては、前記してきた本発明の一般式(4)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体だけでなく、より単純な化学構造をしている、次の式(9)
As described above, the naphthyridine carbamate dimer derivative represented by the general formula (1) of the present invention increases and stabilizes the melting temperature (Tm) of a DNA molecule having two or more mismatches. This is because the naphthyridine carbamate dimer derivative represented by the general formula (1) of the present invention binds to the GG site in the mismatch sequence to induce and stabilize a double-stranded structure containing the mismatch. . That is, the naphthyridine carbamate dimer derivative represented by the general formula (1) of the present invention exhibits a function as a “molecular glue” for converting unstable DNA having a mismatch from a single strand to a double strand. Because it does. The naphthyridine carbamate dimer derivative having an azo group represented by the general formula (4) of the present invention functions as such a “molecular glue”, and further, DNA double-strand formation is reversible by an external stimulus such as light. It can be said that the device has a function for controlling it. A molecule in which such an azobenzene skeleton having photoisomerization ability is introduced into the linker portion of the naphthyridine carbamate dimer derivative of the present invention is a compound represented by the general formula (4) of the present invention. The trans / cis of the azobenzene moiety is converted by light irradiation, and the binding ability of the trans isomer and cis isomer to the mismatched DNA also changes accordingly (see FIG. 10). That is, the compound of the general formula (4) can control the on / off switching of the function as the “molecular glue” depending on the wavelength of the light to be irradiated.
Examples of the compound that can be controlled by light include not only the naphthyridine carbamate dimer derivative represented by the general formula (4) of the present invention described above, but also a simple chemical structure represented by the following formula: (9)

Figure 2009201356
Figure 2009201356

で表される化合物が挙げられる。この化合物は、窒素原子から1つのナフチリジン構造を削除した化学構造を有するものであり、単純な構造で前記した「分子糊」としての機能のオン/オフの切り替えを制御することができることになる。
したがって、本発明における照射する光の波長により「分子糊」としての機能のオン/オフの切り替えを制御することができる化合物を一般式で表すと、次の一般式(10)、
−N(Z)−R−Ar−N=N−Ar−R−N(Z)−Z (10)
(式中、R及びRは、それぞれ独立して炭素数1〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を示し、Ar及びArはそれぞれ独立してアリーレン基を示し、アゾ基はシン又はアンチ配置であり、Z及びZは次の一般式(11)
The compound represented by these is mentioned. This compound has a chemical structure in which one naphthyridine structure is deleted from the nitrogen atom, and the on / off switching of the function as the “molecular glue” described above can be controlled with a simple structure.
Therefore, when the compound that can control the on / off switching of the function as “molecular glue” according to the wavelength of light to be irradiated in the present invention is represented by the following general formula (10),
Z 1 -N (Z 2) -R 4 -Ar 1 -N = N-Ar 2 -R 5 -N (Z 3) -Z 4 (10)
(Wherein R 4 and R 5 each independently represent a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, Ar 1 and Ar 2 each independently represent an arylene group, and an azo group Is a thin or anti configuration, and Z 1 and Z 4 are represented by the following general formula (11)

Figure 2009201356
Figure 2009201356

(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜5の炭化水素基、又は当該炭素数1〜5の炭化水素基の1つ以上の炭素原子が窒素原子及び酸素原子からなる群から選ばれる原子で置換されている基を示し、Rは炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示し、Xは酸素原子又は硫黄原子を示す。)
で表される基を示し、Z及びZはそれぞれ独立して水素原子又は前記一般式(11)で表される基を示す。)
で表されるアゾ基を有するナフチリジンカルバメート誘導体ということができる。
本発明の一般式(10)におけるR、R、Ar、及びArは、それぞれ前記してきたものと同じものを示し、一般式(11)におけるR、及びXも前記してきたものと同じものを示し、一般式(11)におけるRは前記してきた一般式(1)におけるRやRと同じ基を示す。
また、一般式(10)で表されるアゾ基を有するナフチリジンカルバメート誘導体も新規化合物であり、前記した一般式(4)で表される化合物と同様な方法で製造することができる。
(In the formula, R 8 is selected from the group consisting of a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, or one or more carbon atoms of the hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms consisting of a nitrogen atom and an oxygen atom) R represents a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, and X represents an oxygen atom or a sulfur atom.
Z 2 and Z 3 each independently represent a hydrogen atom or a group represented by the general formula (11). )
It can be called a naphthyridine carbamate derivative having an azo group represented by the formula:
R 4 , R 5 , Ar 1 , and Ar 2 in the general formula (10) of the present invention are the same as those described above, and R and X in the general formula (11) are also as described above. the same meanings, R 8 in the general formula (11) represents the same group as R 1 and R 2 in the general formula (1) that has been said.
A naphthyridine carbamate derivative having an azo group represented by the general formula (10) is also a novel compound and can be produced by the same method as the compound represented by the general formula (4).

次に、本発明におけるDNA分子について説明する。本発明における「2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子」とは、(1)塩基配列として少なくとも2個のGが連続したGG配列を有すること、(2)G−Gミスマッチを有すること、及び(3)前記したG−Gミスマッチ以外に、さらに少なくとも1つのミスマッチを有することを条件とするものである。さらに、好ましい態様としては、前記(1)で示した2個のグアニン(G)が連続したGG配列における一方のグアニン(G)において前記(2)に示したG−Gミスマッチが有り、前記(3)に示した他のミスマッチが前記(2)で示したG−Gミスマッチに隣接しているものが挙げられる。即ち、好ましい態様としては、5’−NGG−3’/3’−GGY−5’(N及びYは、それぞれ独立してシトシン(C)以外の塩基を示す。)の塩基配列を有するDNA分子が挙げられる。より好ましい態様としては、N又はYの少なくとも一方、好ましくは両方がチミン(T)である塩基配列を有するDNA分子が挙げられる。本発明における好ましいG−Gミスマッチ以外のミスマッチとしては、G−Tミスマッチが挙げられる。
本発明における「ミスマッチ」とは、ワトソン−クリック型塩基対、即ち、T−A又はG−Cの塩基対以外の塩基であり、バルジ塩基をも包含している。したがって、前記した配列におけるN又はYの一方又は両方が塩基でない場合も包含しているが、好ましい態様としてはN及びYがシトシン(C)以外の塩基である場合が挙げられる。
本発明のDNA分子の長さは特別な制限はないが、余り長いとミスマッチ部分に対してマッチしている塩基部分が多くなり、融解温度(Tm)が低くならないことから、好ましい長さとしては、6〜150mer、より好ましくは10〜50mer、さらに好ましくは10〜30mer程度が挙げられる。ミスマッチ部分が多数存在している場合には、前記した長さに制限されず、さらに長いものであってもよい。好ましいDNA分子としては0℃〜40℃、好ましくは10℃〜30℃の範囲で2本鎖DNAを形成することができない程度のミスマッチを有するDNA分子が挙げられる。
Next, the DNA molecule in the present invention will be described. In the present invention, “a DNA molecule having two guanine (G) having a continuous GG sequence and having a GG mismatch and at least one other mismatch” means (1) at least two G as a base sequence. Has a continuous GG sequence, (2) has a GG mismatch, and (3) has at least one mismatch in addition to the above-mentioned GG mismatch. Furthermore, as a preferable embodiment, there is a GG mismatch shown in the above (2) in one guanine (G) in a GG sequence in which the two guanine (G) shown in the above (1) is continuous, Other mismatches shown in 3) are adjacent to the GG mismatch shown in (2). That is, as a preferred embodiment, a DNA molecule having a base sequence of 5′-NGG-3 ′ / 3′-GGY-5 ′ (N and Y each independently represents a base other than cytosine (C)). Is mentioned. More preferred embodiments include DNA molecules having a base sequence in which at least one of N or Y, preferably both are thymine (T). A preferred mismatch other than the GG mismatch in the present invention includes a GT mismatch.
The “mismatch” in the present invention is a base other than the Watson-Crick base pair, that is, the TA or GC base pair, and also includes a bulge base. Therefore, although the case where one or both of N or Y in the above-mentioned sequence is not a base is included, the case where N and Y are bases other than cytosine (C) is mentioned as a preferred embodiment.
The length of the DNA molecule of the present invention is not particularly limited, but if it is too long, the base portion that matches the mismatched portion increases and the melting temperature (Tm) does not decrease. 6 to 150 mer, more preferably 10 to 50 mer, still more preferably about 10 to 30 mer. When there are many mismatched portions, the length is not limited to the above-described length, and may be longer. Preferable DNA molecules include DNA molecules having mismatches such that double-stranded DNA cannot be formed in the range of 0 ° C. to 40 ° C., preferably 10 ° C. to 30 ° C.

本発明における融解温度(Tm)とは、通常の核酸類について使用される意味である。即ち、核酸、例えばDNAを加熱してゆくと、ある温度で立体構造に極端な変化が起こって、この変化があたかも相転移に相当するような変化であることから、このときの温度を融解温度(Tm)と言っている。例えば、薄い中性の塩溶液中で二重らせん構造をしているDNAの溶液を、温度を上昇させながら溶液の紫外線吸収を測定いくと、ある温度に達したときに、それまではほぼ一定であった紫外線吸収が急激に上昇し、紫外線吸収が約40〜50%増加した値に達すると再び一定になる(濃色効果)。この変化の温度幅が極めて狭く、あたかも相転移が起こったかのようにみえるために、DNAが「融解した」として変化の起こった温度幅の中間の温度を融解温度(Tm)と呼んでいる。本発明においても「融解温度(Tm)」はこの意味で使用する。融解温度の測定は紫外線吸収だけでなく、円二色性や赤外線吸収でも測定することができる。
本発明における「融解温度(Tm)の上昇」とは、本発明の一般式(1)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体、一般式(4)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体、又は一般式(11)で表されるナフチリジンカルバメート誘導体のいずれの化合物の不存在下で測定したと同じ測定条件で、前記したナフチリジンカルバメートダイマー誘導体のいずれかの化合物の存在下、好ましくはDNA分子とこれらの化合物のモル比(一般式(4)の場合には当量の比)が1:1以上、より好ましくは1:2以上の量の存在下で測定したときの融解温度(Tm)を比較したときに、これらの本発明の化合物が存在したときに少なくとも15℃以上、好ましくは25℃以上上昇することをいう。したがって、本発明における「融解温度(Tm)」の測定条件、例えば、溶媒の種類、塩の種類、塩の濃度、DNAの濃度については特に制限はないが、極端な濃度や溶媒の選択は除外されることは当然である。薄い中性の塩溶液での測定であれば特に制限はない。
The melting temperature (Tm) in the present invention is a meaning used for ordinary nucleic acids. That is, when a nucleic acid, such as DNA, is heated, an extreme change occurs in the three-dimensional structure at a certain temperature, and this change is equivalent to a phase transition. (Tm). For example, when measuring the UV absorption of a DNA solution having a double helix structure in a thin neutral salt solution while raising the temperature, the temperature is almost constant until reaching a certain temperature. When the UV absorption increased rapidly and reached a value where the UV absorption increased by about 40 to 50%, it became constant again (dark color effect). Since the temperature range of this change is extremely narrow and it looks as if a phase transition has occurred, the temperature in the middle of the temperature range at which the change has occurred as DNA has been “melted” is called the melting temperature (Tm). In the present invention, “melting temperature (Tm)” is used in this sense. The melting temperature can be measured not only by ultraviolet absorption but also by circular dichroism and infrared absorption.
In the present invention, “increase in melting temperature (Tm)” means a naphthyridine carbamate dimer derivative represented by general formula (1), a naphthyridine carbamate dimer derivative represented by general formula (4), or a general formula ( 11) Under the same measurement conditions as those measured in the absence of any of the naphthyridine carbamate derivatives represented by 11), preferably in the presence of any of the aforementioned naphthyridine carbamate dimer derivatives, the DNA molecules and these compounds When comparing the melting temperature (Tm) when measured in the presence of a molar ratio (ratio of equivalents in the case of the general formula (4)) of 1: 1 or more, more preferably 1: 2 or more, When these compounds of the present invention are present, it means an increase of at least 15 ° C., preferably 25 ° C. or more. Therefore, there are no particular restrictions on the measurement conditions of the “melting temperature (Tm)” in the present invention, for example, the type of solvent, the type of salt, the concentration of salt, and the concentration of DNA, but extreme concentrations and selection of solvents are excluded. It is natural to be done. There is no particular limitation as long as the measurement is performed with a thin neutral salt solution.

本発明の「DNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤」は、ミスマッチを有するDNA分子を本発明のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体の存在により安定化させて融解温度(Tm)を上昇させるものである。同じ温度について言えば、1本鎖でしか存在することができないDNA分子を安定化させて2本鎖のDNAとすることができるということであり、本発明の「DNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤」は1本鎖の状態で存在しているDNA分子を2本鎖にする、即ち、このようなDNA分子を「接着」させる「糊」のような機能を有するものである。この意味で本発明の「DNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤」は、2つの分子を接着させる「分子糊」ということもできるし、2本鎖DNAの安定化剤ということもできるし、また、一定の温度における2本鎖DNAの形成剤ということもできる。
さらに、本発明の一般式(4)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体や、一般式(11)で表されるナフチリジンカルバメート誘導体は、前述してきたように、光の照射により可逆的にシン−アンチ異性化を行うことができるアゾ基を含有しているために、光の照射により前記した「分子糊」としての機能をオン又はオフとすることができる。したがって、本発明のこのような「分子糊」としての機能をオン又はオフとすることができる分子は、当該DNA分子の融解温度(Tm)を上昇させたり、下降させたり、即ち、室温のような一定の温度においてDNAの2本鎖を安定化させたり、不安定にさせたりすることがでることから、当該DNA分子の融解温度(Tm)制御剤ということができる。また、当該DNA分子の融解温度(Tm)の上昇剤及び/又は下降剤ということもできる。
The “DNA molecule melting temperature (Tm) elevating agent” of the present invention stabilizes a mismatched DNA molecule by the presence of the naphthyridine carbamate dimer derivative of the present invention and increases the melting temperature (Tm). Speaking of the same temperature, it means that a DNA molecule that can exist only in a single strand can be stabilized into a double-stranded DNA, and the “melting temperature (Tm) of the DNA molecule of the present invention”. The “elevating agent” has a function of “glue” that makes a DNA molecule existing in a single-stranded state into a double strand, that is, “adheres” such a DNA molecule. In this sense, the “DNA molecule melting temperature (Tm) increasing agent” of the present invention can be referred to as a “molecular glue” that bonds two molecules together, or a stabilizer of double-stranded DNA. It can also be called a double-stranded DNA forming agent at a constant temperature.
Furthermore, as described above, the naphthyridine carbamate dimer derivative represented by the general formula (4) and the naphthyridine carbamate derivative represented by the general formula (11) of the present invention are reversibly synthesized by irradiation with light. Since it contains an azo group that can be isomerized, the function as the “molecular glue” described above can be turned on or off by light irradiation. Therefore, a molecule capable of turning on or off the function as the “molecular glue” of the present invention increases or decreases the melting temperature (Tm) of the DNA molecule, that is, at room temperature. Since the DNA double strand can be stabilized or made unstable at a certain constant temperature, it can be referred to as a melting temperature (Tm) control agent for the DNA molecule. It can also be referred to as an increasing agent and / or decreasing agent for the melting temperature (Tm) of the DNA molecule.

本発明の「DNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤」は、単にミスマッチを有する不安定なDNAを安定化させるという機能だけでなく、前記したように「分子糊」としての機能をも有するものであることから、各種の応用が可能となる。
例えば、ミスマッチを有する本発明のDNA分子のそれぞれの鎖に2種類の物質(例えば、蛍光色素、有機分子、核酸分子、タンパク質、糖、ベシクル、金属粒子、金属薄膜、細胞、ベシクル等)を標識しておけば、本発明の「DNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤」の存在下でのみ、これらの2種類の物質を空間的に近づけることが出来る。また、アゾ基を有する本発明の上昇剤を使用すれば、光の照射により可逆的のこれらの2種類の物質を空間的に近づけたり遠ざけたりすることが可能となる。
また、細胞内のシグナル伝達系では、異種もしくは同種蛋白の集合が重要であることが知られており、本発明の「分子糊」の機能を利用して本発明の上昇剤の存在下でのみ二つの蛋白を集合させることが可能となる。この方法を用いて、異種蛋白間の相互作用を調べることも可能となる。さらに、光でスイッチングする分子糊を使えば、蛋白間相互作用によるシグナル伝達系を、光の照射により簡便にオン/オフすることが可能になる。
さらに、本発明の上昇剤を基板上に固定化することにより、本発明の上昇剤が固定化されたスポット上でのみ、2種類の物質を空間的に接近させることができ、蛍光発光や蛍光の消光などの2種類の物質の相互作用を簡便な方法で測定することができるようになる。この方法を用いることにより、任意の二つの物質の存在を判別することも簡便に行うことが可能となる。
The “melting temperature (Tm) increasing agent of DNA molecule” of the present invention has not only a function of stabilizing unstable DNA having a mismatch but also a function of “molecular glue” as described above. Therefore, various applications are possible.
For example, two types of substances (eg, fluorescent dye, organic molecule, nucleic acid molecule, protein, sugar, vesicle, metal particle, metal thin film, cell, vesicle, etc.) are labeled on each strand of the DNA molecule of the present invention having a mismatch. Then, these two kinds of substances can be brought close to each other only in the presence of the “DNA molecule melting temperature (Tm) increasing agent” of the present invention. Moreover, if the raising agent of this invention which has an azo group is used, it will become possible to make these two types of reversible substances spatially close or away by irradiation with light.
In addition, it is known that the assembly of heterologous or homologous proteins is important in the intracellular signal transduction system, and the function of the “molecular glue” of the present invention is used only in the presence of the elevating agent of the present invention. It becomes possible to assemble two proteins. Using this method, it is also possible to examine the interaction between heterologous proteins. Furthermore, if a molecular glue that switches with light is used, a signal transmission system based on protein-protein interaction can be easily turned on / off by light irradiation.
Furthermore, by immobilizing the elevating agent of the present invention on the substrate, two kinds of substances can be spatially brought close to each other only on the spot where the elevating agent of the present invention is immobilized, and fluorescence emission or fluorescence It becomes possible to measure the interaction of two kinds of substances such as quenching of light by a simple method. By using this method, it is possible to easily determine the presence of any two substances.

以上のように、本発明は、全く新しい発想により、2種類の分子を分子レベルで空間的に接近させたり遠ざけることが可能となる新規な試薬、及びそれを用いた方法を提供するものである。
また、従来の核酸の構造の制御方法の多くは、光などに応答する部位でDNAを修飾することにより、あらかじめDNAに標識となる物質を導入しておく必要があった。そのため、天然のDNAに対してはこのような方法は全く効果がなく、用途が大きく制限されていた。これに対して本発明では、外部より小分子を加えることにより核酸の構造を制御するため、DNA自身に対する修飾は必要がない。すなわち、合成困難な長鎖DNAや細胞内のDNAを標的とすることができる。その上、光照射により可逆的かつ特定の配列のみに構造制御を行うことが可能である。また、本発明は小さな分子の添加によるミスマッチの多い核酸分子を安定化させることができるというユニークな発想に基づくものであり、本発明の手法は多種多様なミスマッチ分子にも拡張することができ、本発明はその基本的な思想を提供するものである。
さらに、本発明により、DNAの張り合わせを小分子と光によりコントロールすることができる。例えば、DNAチップ上のハイブリダイゼーションや核酸を基盤としたナノ構造の制御、核酸の二本鎖形成に伴う様々な生化学的現象、複製・転写などの小分子による制御が可能になる。
As described above, the present invention provides a novel reagent capable of spatially approaching or moving two kinds of molecules at the molecular level and a method using the same based on a completely new concept. .
In many conventional methods for controlling the structure of nucleic acids, it is necessary to introduce a labeling substance into DNA in advance by modifying DNA at a site that responds to light or the like. For this reason, such a method has no effect on natural DNA, and its use has been greatly limited. On the other hand, in the present invention, since the structure of the nucleic acid is controlled by adding a small molecule from the outside, there is no need to modify the DNA itself. That is, it can target long-chain DNA and intracellular DNA that are difficult to synthesize. In addition, it is possible to control the structure reversibly and only to a specific arrangement by light irradiation. The present invention is based on the unique idea that nucleic acid molecules with many mismatches can be stabilized by the addition of small molecules, and the method of the present invention can be extended to a wide variety of mismatch molecules. The present invention provides the basic idea.
Further, according to the present invention, DNA bonding can be controlled by small molecules and light. For example, hybridization on a DNA chip, control of nanostructures based on nucleic acids, various biochemical phenomena associated with nucleic acid duplex formation, and control by small molecules such as replication and transcription are possible.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
なお、以下の実施例で使用される式(5)で表される化合物は、特許文献8に記載の方法で製造した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited at all by these Examples.
In addition, the compound represented by Formula (5) used in the following examples was produced by the method described in Patent Document 8.

DNA分子(T1/C1)の熱変性特性の測定。
以下に示す塩基配列を有する11塩基からなるDNA分子(T1/C1)を製造した。
T1 : 5’−CCCATGGTCCG−3’
C1 : 3’−GGGTGGCAGGC−5’
このDNA分子(T1/C1)の5μMを、0.1MのNaClを含有する10mMカコジル酸ナトリウム(pH=7.0)緩衝液中で、4℃〜94℃の範囲における熱変性特性を測定した。温度は毎分1℃の速度で上昇させ、1℃毎に260nmにおける吸光度を3回測定し、その平均値を測定した。結果を図2の上の曲線で示す。
同様に、このDNA分子(T1/C1)の5μM、及び式(5)で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(以下、単にNCという。)100μMを、0.1MのNaClを含有する10mMカコジル酸ナトリウム(pH=7.0)緩衝液中で、4℃〜94℃の範囲における熱変性特性を測定した。
結果を図2の下側の曲線で示す。
また、これらの融解温度(Tm)を測定した。この結果NC不存在下でのDNA分子(T1/C1)の融解温度(Tm)は35.7℃であった。これにNC100μMを添加して、同様に融解温度(Tm)を測定したところ71.1℃であった。
この結果、本発明のNCがDNA分子の誘拐温度(Tm)を上昇させることがわかった。
Measurement of heat denaturation properties of DNA molecules (T1 / C1).
A DNA molecule (T1 / C1) consisting of 11 bases having the following base sequence was produced.
T1: 5′-CCCA TG GTCCG-3 ′
C1: 3′-GGGT GG CAGGC-5 ′
5 μM of this DNA molecule (T1 / C1) was measured for thermal denaturation characteristics in a range of 4 ° C. to 94 ° C. in a 10 mM sodium cacodylate (pH = 7.0) buffer containing 0.1 M NaCl. . The temperature was increased at a rate of 1 ° C. per minute, the absorbance at 260 nm was measured 3 times every 1 ° C., and the average value was measured. The result is shown by the upper curve in FIG.
Similarly, 5 μM of this DNA molecule (T1 / C1) and 100 μM of a naphthyridine carbamate dimer derivative (hereinafter simply referred to as NC) represented by the formula (5) were added to 10 mM sodium cacodylate containing 0.1 M NaCl. The heat denaturation property in the range of 4 ° C. to 94 ° C. was measured in a buffer (pH = 7.0).
The result is shown by the lower curve in FIG.
Moreover, these melting temperatures (Tm) were measured. As a result, the melting temperature (Tm) of the DNA molecule (T1 / C1) in the absence of NC was 35.7 ° C. NC 100 μM was added thereto, and the melting temperature (Tm) was measured in the same manner. As a result, it was 71.1 ° C.
As a result, it was found that the NC of the present invention increases the abduction temperature (Tm) of the DNA molecule.

DNA分子(T1/C1)のCSI−TOF(cold spray ionization timt-of-flight)マススペクトルの測定。
実施例1で製造したDNA分子T1及びC1の各々の20μMを、100mM酢酸アンモニウムを含有する50%含水メタノール溶液に溶解し、−10℃に冷却して0.5mL/時間の速度でCSI−TOFに注入して測定した。m/zが1000−1800の範囲の結果を図3aに示す。
同様に、DNA分子T1及びC1の各々の20μM、及びNC40μMの存在下で、CSI−TOFマススペクトルの結果のm/zが1000−1800の範囲を図3bに示す。
1本鎖のT1([T1]3−) ; 実測値 1096.2
計算値 1096.2。
2本鎖のT1/C1([T1/C1]5−) ; 実測値 1344.8
計算値 1344.6。
NCとの2:1の複合体([T1/C1+2NC]5−) ; 実測値 1546.3
計算値 1545.9。
Measurement of CSI-TOF (cold spray ionization timt-of-flight) mass spectrum of DNA molecule (T1 / C1).
20 μM of each of DNA molecules T1 and C1 prepared in Example 1 was dissolved in a 50% aqueous methanol solution containing 100 mM ammonium acetate, cooled to −10 ° C., and CSI-TOF at a rate of 0.5 mL / hour. And injected into the measurement. The results for m / z in the range 1000-1800 are shown in FIG.
Similarly, in the presence of 20 μM of each of the DNA molecules T1 and C1 and 40 μM of NC, the range of m / z of 1000-1800 as a result of CSI-TOF mass spectrum is shown in FIG. 3b.
Single - stranded T1 ([T1] 3− ); measured value 1096.2
Calculated 1099.9.
Double-stranded T1 / C1 ([T1 / C1] 5− ); measured value 1344.8
Calculated value 1344.6.
2: 1 complex with NC ([T1 / C1 + 2NC] 5− ); found 1546.3
Calculated 1545.9.

DNA分子(T1/C1)の酸化、及びそれに続くピペリジン加熱による切断。
実施例1で製造したDNA分子T1及びC1の各々の12.5μMを、100mM塩化ナトリウムを含有する10mMカコジル酸ナトリウム(pH=7.0)緩衝液中に溶解し、これに過マンガン酸カリウム0.2mMを添加し、0℃で320分間反応させた。この結果の生成物のHPLCを図5(a)に示す。この結果、反応は生起しなかった。
同様に、DNA分子T1及びC1の各々の12.5μM、及びNC40μMを、100mM塩化ナトリウムを含有する10mMカコジル酸ナトリウム(pH=7.0)緩衝液中に溶解し、これに過マンガン酸カリウム0.2mMを添加し、0℃で320分間反応させた。この結果の生成物のHPLCを図5(b)に示す。この結果、Tg1(チミングリコールに酸化されたT1鎖)の生成が確認された。
単離されたTg1を、ピペリジンで90℃で30分間加熱処理した。その結果のHPLCを図5(c)に示す。
Oxidation of DNA molecule (T1 / C1) followed by cleavage by piperidine heating.
12.5 μM of each of the DNA molecules T1 and C1 prepared in Example 1 was dissolved in a 10 mM sodium cacodylate (pH = 7.0) buffer containing 100 mM sodium chloride. 2 mM was added and reacted at 0 ° C. for 320 minutes. The HPLC of the resulting product is shown in FIG. As a result, no reaction occurred.
Similarly, 12.5 μM of each of DNA molecules T1 and C1 and 40 μM of NC are dissolved in a buffer of 10 mM sodium cacodylate (pH = 7.0) containing 100 mM sodium chloride. 2 mM was added and reacted at 0 ° C. for 320 minutes. The HPLC of the resulting product is shown in FIG. As a result, generation of Tg1 (T1 chain oxidized to thymine glycol) was confirmed.
The isolated Tg1 was heat treated with piperidine at 90 ° C. for 30 minutes. The resulting HPLC is shown in FIG.

DNA(T2/T3)の熱変性特性の測定。
以下に示す塩基配列を有する11塩基からなるDNA分子(T2/T3)を製造した。
T2 : 5’−CCTTTGGTCAG−3’
T3 : 3’−GGAAGGTAGTC−5’
このDNA分子(T2/T3)5μMの熱変性特性を、NCの濃度が0、2.5、5、10、20、40、60、及び100μMである場合のそれぞれについて、実施例1と同様にして測定した。結果を図6に示す。図6の8本の曲線は、右末端(80℃付近)の下からNCの濃度が0、2.5、5、10、20、40、60、及び100μMである場合をそれぞれ示す。
また、NCの各濃度におけるT2とT3の1本鎖から2本鎖への転移をCDスペクトルにより観察した。T2及びT3のそれぞれ5μMの、0.1MのNaClを含有する10mMカコジル酸ナトリウム(pH=7.0)緩衝液中で、25℃における、NCの濃度が0、5、10、15、及び20μMでのそれぞれのCDスペクトルを測定した。結果を図7に示す。
また、NCを100μMを添加したときの融解温度(Tm)を測定したところ58.8℃であった。
Measurement of heat denaturation properties of DNA (T2 / T3).
A DNA molecule (T2 / T3) consisting of 11 bases having the following base sequence was produced.
T2: 5′-CCTT TGG TCAG-3 ′
T3: 3′-GGAA GGT AGTC-5 ′
The heat denaturation characteristics of 5 μM of this DNA molecule (T2 / T3) are the same as in Example 1 for each of the cases where the NC concentration is 0, 2.5, 5, 10, 20, 40, 60, and 100 μM. Measured. The results are shown in FIG. The eight curves in FIG. 6 show the cases where the concentration of NC is 0, 2.5, 5, 10, 20, 40, 60, and 100 μM from the bottom of the right end (around 80 ° C.), respectively.
Moreover, the transition from single strand to double strand of T2 and T3 at each concentration of NC was observed by CD spectrum. NC concentrations of 0, 5, 10, 15, and 20 μM at 25 ° C. in 10 mM sodium cacodylate (pH = 7.0) buffer containing 5 μM each of T2 and T3 and 0.1 M NaCl. Each CD spectrum at was measured. The results are shown in FIG.
Moreover, it was 58.8 degreeC when the melting temperature (Tm) when 100 micromol NC was added was measured.

DNA(T2/T3)のCSI−TOFマススペクトルの測定。
実施例4で製造したDNA分子T2及びT3のそれぞれ20μMを、100mM酢酸アンモニウムを含有する50%含水メタノール溶液に溶解し、−10℃に冷却して0.5mL/時間の速度でCSI−TOFに注入した。結果を図8の(a)に示す。
また、同様にして、NCが20μM存在(図8の(b))、NCが40μM存在(図8の(c))、及びNCが60μM存在(図8の(d))におけるCSI−TOFマススペクトルを測定した。結果の1000−1800の範囲を図8にそれぞれ示す。
1本鎖のT2([T2]3−) ; 実測値 1107.6
計算値 1106.2。
1本鎖のT3([T3]3−) ; 実測値 1140.2
計算値 1138.9。
2本鎖T2/T3([T2/T3]5−) ; 実測値 1349.0
計算値 1347.2。
2本鎖T2/T3([T2/T3]4−) ; 実測値 1687.2
計算値 1684.3。
NCとの2:1の複合体([T2/T3+2NC]5−) ; 実測値 1550.7
計算値 1548.5)。
Measurement of CSI-TOF mass spectrum of DNA (T2 / T3).
20 μM each of the DNA molecules T2 and T3 prepared in Example 4 was dissolved in a 50% aqueous methanol solution containing 100 mM ammonium acetate, cooled to −10 ° C., and converted to CSI-TOF at a rate of 0.5 mL / hour. Injected. The results are shown in FIG.
Similarly, the CSI-TOF mass when NC is present at 20 μM (FIG. 8B), NC is present at 40 μM (FIG. 8C), and NC is present at 60 μM (FIG. 8D). The spectrum was measured. The resulting range of 1000-1800 is shown in FIG.
Single - stranded T2 ([T2] 3− ); measured value 1107.6
Calculated 1106.2.
Single - stranded T3 ([T3] 3− );
Calculated value 1138.9.
Double - stranded T2 / T3 ([T2 / T3] 5− ); measured value 1349.0
Calculated value 1347.2.
Double - stranded T2 / T3 ([T2 / T3] 4− ); found 1687.2
Calculated value 1684.3.
2: 1 complex with NC ([T2 / T3 + 2NC] 5− ); found 1550.7
Calculated value 1548.5).

DNA(T4/T4)の酸化、及びそれに続くピペリジン加熱による切断。
以下に示す塩基配列を有する11塩基からなるDNA分子(T4/T4)を製造した。
T4 : 5’−GCAATGGTTGC−3’
T4 : 3’−CGTTGGTAACG−5’
NCの不存在下におけるT4を、0℃で0.2mMの過マンガン酸カリウムで40分間処理しても反応しなかった(図9(a)参照)が、40μMのNCの存在下での2本鎖のT4/T4では、続くピリミジンでの加熱処理後で生成物1及び2が確認された(図9(b)参照)。0.2mMの過マンガン酸カリウムでの処理を5時間とすることにより、生成物1及び2を主生成物として得ることができた(図9(c)参照)。
Tg4(チミングリコールに酸化されたT4鎖)は、HPLCにより確認することは困難であったが、酸化に続くピペリジンの加熱処理により生成物1及び2が得られることから容易に確認することができた。ここで得られた生成物1及び2は、MALDI−TOFマススペクトルにより確認した。
生成物1:オリゴマー5’−d(GCAA)−POH−3’
実測値 1261.6
計算値 1262.2。
生成物2:オリゴマー5’−HOP−d(GGTTGC)−3’
実測値 1901.7
計算値 1902.3。
また、酸化される前のT4及びTg4のMALDI−TOFマススペクトルを測定した。 T4 ; 実測値 3372.01
計算値 3370.60。
Tg4 ; 実測値 3404.37
計算値 3404.61。
Oxidation of DNA (T4 / T4) followed by cleavage by piperidine heating.
A DNA molecule (T4 / T4) consisting of 11 bases having the base sequence shown below was produced.
T4: 5′-GCAA TGG TTGC-3 ′
T4: 3′-CGTT GGT AACG-5 ′
Treatment of T4 in the absence of NC with 0.2 mM potassium permanganate at 0 ° C. for 40 minutes did not react (see FIG. 9 (a)), but 2 in the presence of 40 μM NC. In the main chain T4 / T4, products 1 and 2 were confirmed after the subsequent heat treatment with pyrimidine (see FIG. 9B). By treating with 0.2 mM potassium permanganate for 5 hours, products 1 and 2 could be obtained as main products (see FIG. 9 (c)).
Tg4 (T4 chain oxidized to thymine glycol) was difficult to confirm by HPLC, but it can be easily confirmed because products 1 and 2 are obtained by heat treatment of piperidine following oxidation. It was. The products 1 and 2 obtained here were confirmed by MALDI-TOF mass spectrum.
Product 1: oligomer 5'-d (GCAA) -PO 3 H-3 '
Actual value 1261.6
Calculated 1262.2.
Product 2: Oligomer 5′-HO 3 Pd (GGTTGC) -3 ′
Actual value 1901.7
Calculated value 1902.3.
Moreover, the MALDI-TOF mass spectrum of T4 and Tg4 before being oxidized was measured. T4: measured value 3372.01
Calculated value 3370.60.
Tg4; measured value 3404.37
Calculated value 3404.61.

式(9)で表されるアゾベンゼン誘導体の製造
次に示す反応式に従って式(9)で表されるアゾベンゼン誘導体を製造した。
Production of azobenzene derivative represented by formula (9) An azobenzene derivative represented by formula (9) was produced according to the following reaction formula.

Figure 2009201356
Figure 2009201356

4,4’−アゾベンズアルデヒド(上記の反応式中の化合物番号11)(79.7mg,0.335mmol)と上記の反応式中の化合物番号12で表されるナフチリジン誘導体(183mg,0.703mmol)をクロロホルム(10mL)、メタノール(5mL)、酢酸(50mL)の混合溶媒中に加えて室温で15分間撹拌する。これにシアノトリヒドロホウ酸ナトリウム(43mg,0.684mmol)のメタノール(1mL)溶液を滴下する。室温で2時間撹拌後、飽和重曹水を加えてクロロホルムで抽出、さらに飽和食塩水で有機相を洗浄する。有機相を減圧下濃縮、回収した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(クロロホルム:メタノール=100:5から100:20)で精製して、標記の化合物(上記の反応式中の化合物番号1)(90.6mg,0.125mmol)を、収率37%で得た。
H NMR (CDCl,400MHz) δ
8.25 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 8.11 (d, J = 9.0 Hz, 2H),
7.98 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 7.85 (d, J = 8.3 Hz, 4H, Azobenzene),
7.65 (brs,2H, NH), 7.47 (d, J = 8.3 Hz, 4H, Azobenzene), 7.25 (d, 2H),
4.35 (t, J = 6.3 Hz, 4H, CH2), 3.90 (s, 4H, Bn),
2.80 (t, J = 6.6 Hz, 4H, CH2), 2.76 (s, 6H, CH3),
1.95 (pseudo quintet, 4H, CH2);
ESIMS 計算値 : [M+Na] 749.33,
実測値 : 749.28.
4,4′-azobenzaldehyde (Compound No. 11 in the above reaction formula) (79.7 mg, 0.335 mmol) and a naphthyridine derivative (183 mg, 0.703 mmol) represented by Compound No. 12 in the above reaction formula Is added to a mixed solvent of chloroform (10 mL), methanol (5 mL), and acetic acid (50 mL), and the mixture is stirred at room temperature for 15 minutes. A solution of sodium cyanotrihydroborate (43 mg, 0.684 mmol) in methanol (1 mL) is added dropwise thereto. After stirring at room temperature for 2 hours, a saturated aqueous sodium bicarbonate solution is added and the mixture is extracted with chloroform, and the organic phase is washed with saturated brine. The organic phase was concentrated and collected under reduced pressure, and then purified by silica gel column chromatography (chloroform: methanol = 100: 5 to 100: 20) to give the title compound (Compound No. 1 in the above reaction formula) (90.6 mg). 0.125 mmol) was obtained with a yield of 37%.
1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ
8.25 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 8.11 (d, J = 9.0 Hz, 2H),
7.98 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 7.85 (d, J = 8.3 Hz, 4H, Azobenzene),
7.65 (brs, 2H, NH), 7.47 (d, J = 8.3 Hz, 4H, Azobenzene), 7.25 (d, 2H),
4.35 (t, J = 6.3 Hz, 4H, CH2), 3.90 (s, 4H, Bn),
2.80 (t, J = 6.6 Hz, 4H, CH2), 2.76 (s, 6H, CH3),
1.95 (pseudo quintet, 4H, CH2);
ESIMS calculated value: [M + Na] + 749.33,
Actual value: 749.28.

式(6)で表されるアゾベンゼンダイマー誘導体の製造
次に示す反応式に従って式(6)で表されるアゾベンゼンダイマー誘導体を製造した。
Production of azobenzene dimer derivative represented by formula (6) An azobenzene dimer derivative represented by formula (6) was produced according to the following reaction formula.

Figure 2009201356
Figure 2009201356

(1) 4,4’−アゾベンズアルデヒド(上記の反応式中の化合物番号11)(26.2mg,0.110mmol)と上記の反応式中の化合物番号13で表されるナフチリジンカーバメイトダイマー(62.3mg,0.124mmol)をクロロホルム(1.5mL)、アセトニトリル(4.5mL)、酢酸(7mL)の混合溶媒中に加えて室温で2時間間撹拌する。これにシアノトリヒドロホウ酸ナトリウム(6.9mg,0.110mmol)を加えて、室温で4日間撹拌する。飽和重曹水を加えてクロロホルムで抽出、さらに飽和食塩水で有機相を洗浄する。有機相を減圧下濃縮、回収した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(クロロホルム:メタノール=100:2から100:2.5)で精製して、上記の反応式中の化合物番号14で表されるモノアルキルアミノアルデヒド(36.9mg,0.051mmol)を、収率46%で得た。
H NMR (CDCl,400MHz) δ
10.06 (s, 1H, CHO), 8.26 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 8.06 (d, J = 8.8 Hz, 2H),
7.89 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 7.88 (d, J = 8.3 Hz, 2H),
7.86 (d, J = 7.3 Hz, 2H), 7.77 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 7.60 (brs,2H, NH),
7.50 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 7.19 (d, J = 8.3 Hz, 2H),
4.31 (t, J = 6.2 Hz, 4H, CH2), 3.64 (s, 2H, Bn), 2.72 (s, 6H, CH3),
2.61 (t, J = 6.6 Hz, 4H, CH2), 1.92 (pseudo quintet, 4H, CH2);
ESIMS 計算値 : [M+Na] 748.30,
実測値 : 748.14.
(1) 4,4′-azobenzaldehyde (Compound No. 11 in the above reaction formula) (26.2 mg, 0.110 mmol) and naphthyridine carbamate dimer (62. 3 mg, 0.124 mmol) is added to a mixed solvent of chloroform (1.5 mL), acetonitrile (4.5 mL), and acetic acid (7 mL), and the mixture is stirred at room temperature for 2 hours. To this, sodium cyanotrihydroborate (6.9 mg, 0.110 mmol) is added and stirred at room temperature for 4 days. Saturated aqueous sodium hydrogen carbonate is added, extracted with chloroform, and the organic phase is washed with saturated brine. The organic phase was concentrated and collected under reduced pressure, and then purified by silica gel column chromatography (chloroform: methanol = 100: 2 to 100: 2.5) to obtain a monoalkylamino represented by compound number 14 in the above reaction formula. The aldehyde (36.9 mg, 0.051 mmol) was obtained in 46% yield.
1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ
10.06 (s, 1H, CHO), 8.26 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 8.06 (d, J = 8.8 Hz, 2H),
7.89 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 7.88 (d, J = 8.3 Hz, 2H),
7.86 (d, J = 7.3 Hz, 2H), 7.77 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 7.60 (brs, 2H, NH),
7.50 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 7.19 (d, J = 8.3 Hz, 2H),
4.31 (t, J = 6.2 Hz, 4H, CH2), 3.64 (s, 2H, Bn), 2.72 (s, 6H, CH3),
2.61 (t, J = 6.6 Hz, 4H, CH2), 1.92 (pseudo quintet, 4H, CH2);
ESIMS calculated value: [M + Na] + 748.30,
Actual value: 748.14.

(2)前記(1)で得られたモノアルキルアミノアルデヒド14(32.8mg,0.045mmol)と上記の反応式中の化合物番号13で表されるナフチリジンカーバメイトダイマー(32.4mg,0.064mmol)をクロロホルム(2.5mL)、アセトニトリル(2mL)、酢酸(6.2mL)の混合溶媒中に加えて40℃で2時間間撹拌する。これにシアノトリヒドロホウ酸ナトリウム(4.2mg,0.067mmol)を加えて、35℃で12時間撹拌する。飽和重曹水を加えてクロロホルムで抽出、さらに飽和食塩水で有機相を洗浄する。有機相を減圧下濃縮、回収した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(クロロホルム:メタノール:酢酸=100:5:0.5から100:8:0.5)で精製して、標記の化合物(上記の反応式中の化合物番号2)(17.8mg,0.015mmol)を、収率33%で得た。
H NMR (CDCl,400MHz) δ
8.27 (d, J = 9.0 Hz, 4H), 8.09 (d, J = 8.8 Hz, 4H),
7.92 (d, J = 8.1 Hz, 4H), 7.69 (d, J = 8.6 Hz, 4H, Azobenzene),
7.68 (brs,4H, NH), 7.39 (d, J = 8.3 Hz, 4H, Azobenzene),
7.22 (d, J = 8.3 Hz, 4H), 4.32 (t, J = 6.5 Hz, 8H, CH2),
3.62 (s, 4H, Bn), 2.73 (s, 12H, CH3), 2.61 (t, J = 6.6 Hz, 8H, CH2),
1.93 (pseudo quintet, 4H, CH2);
ESIMS 計算値 : [M+Na] 1235.53,
実測値 : 1234.93.
(2) Monoalkylaminoaldehyde 14 (32.8 mg, 0.045 mmol) obtained in (1) above and naphthyridine carbamate dimer (32.4 mg, 0.064 mmol) represented by compound number 13 in the above reaction formula ) In a mixed solvent of chloroform (2.5 mL), acetonitrile (2 mL), and acetic acid (6.2 mL), and the mixture is stirred at 40 ° C. for 2 hours. To this, sodium cyanotrihydroborate (4.2 mg, 0.067 mmol) is added and stirred at 35 ° C. for 12 hours. Saturated aqueous sodium hydrogen carbonate is added, extracted with chloroform, and the organic phase is washed with saturated brine. The organic phase was concentrated and collected under reduced pressure, and then purified by silica gel column chromatography (chloroform: methanol: acetic acid = 100: 5: 0.5 to 100: 8: 0.5) to give the title compound (the above reaction formula Compound No. 2) (17.8 mg, 0.015 mmol) was obtained in a yield of 33%.
1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz) δ
8.27 (d, J = 9.0 Hz, 4H), 8.09 (d, J = 8.8 Hz, 4H),
7.92 (d, J = 8.1 Hz, 4H), 7.69 (d, J = 8.6 Hz, 4H, Azobenzene),
7.68 (brs, 4H, NH), 7.39 (d, J = 8.3 Hz, 4H, Azobenzene),
7.22 (d, J = 8.3 Hz, 4H), 4.32 (t, J = 6.5 Hz, 8H, CH2),
3.62 (s, 4H, Bn), 2.73 (s, 12H, CH3), 2.61 (t, J = 6.6 Hz, 8H, CH2),
1.93 (pseudo quintet, 4H, CH2);
ESIMS calculated value: [M + Na] + 1235.53,
Actual measurement value: 1234.93.

実施例8で製造した式(6)で表されるアゾベンゼンダイマー誘導体の光異性化。
GGミスマッチを含む二本鎖DNA5’−CTA ACG GAA TG−3’/3’−GAT TGG CTT AC−5’の4.5mM、及び実施例8で製造した式(6)で表される光感応性リガンド2(6.8mM)を混合し、2本鎖DNAの融解温度(Tm)を測定した。360nmの光照射を5分間行い、トランス体からシス体へと変換される。この時、2本鎖DNA分子の融解温度(Tm)は29℃から52℃へと大幅に上昇し(図11参照)、安定な二本鎖構造をとる。さらにシス体(ii)に対して430nmの光を照射するとトランス体の3(iii)へと戻る。そうすると再び二本鎖はミスマッチ塩基対の存在のため大きく不安定化される。さらに360nmの光照射を行うと「分子糊」の機能を再度よみがえらせることができる。以上のように小分子と光によって可逆的にDNAの二重鎖形成を制御することが可能であった。
Photoisomerization of the azobenzene dimer derivative represented by the formula (6) produced in Example 8.
4.5 mM of double-stranded DNA 5′-CTA ACG GAA TG-3 ′ / 3′-GAT TGG CTT AC-5 ′ containing GG mismatch, and photosensitivity represented by the formula (6) produced in Example 8 Sex ligand 2 (6.8 mM) was mixed and the melting temperature (Tm) of the double-stranded DNA was measured. 360 nm light irradiation is performed for 5 minutes to convert from a trans form to a cis form. At this time, the melting temperature (Tm) of the double-stranded DNA molecule significantly increases from 29 ° C. to 52 ° C. (see FIG. 11), and takes a stable double-stranded structure. Furthermore, when 430 nm light is irradiated to the cis form (ii), it returns to the trans form 3 (iii). Then again the duplex is greatly destabilized due to the presence of mismatched base pairs. Furthermore, when 360 nm light irradiation is performed, the function of “molecular glue” can be revived. As described above, it was possible to reversibly control DNA double strand formation with small molecules and light.

本発明は、ミスマッチにより不安定になっているDNA分子を低分子化合物の化合物の添加により安定化させるための融解温度(Tm)の上昇化剤、及びそれを用いた方法、並びにそのための新規な化学物質を提供するものである。
本発明の試薬や方法は、DNAなどの核酸類やタンパク質などの各種のアッセイにおいて有用なだけでなく、核酸類やタンパク質などの同定や機能の解析などにおいても有用であり、各種の検査試薬や診断剤用の薬品として産業上の利用可能性を有している。
The present invention relates to a melting temperature (Tm) increasing agent for stabilizing a DNA molecule that has become unstable due to mismatching by the addition of a low molecular weight compound, a method using the same, and a novel method therefor It provides chemical substances.
The reagent and method of the present invention are useful not only in various assays such as nucleic acids such as DNA and proteins, but also in identification and analysis of functions of nucleic acids and proteins. It has industrial applicability as a chemical for diagnostic agents.

図1a(図1の左側)は、ナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(NC)とグアニン(G)との水素結合の様子を示したものであり、図1b(図1の右側)はG−Gの1塩基のミスマッチ配列に対するNCの入り方を模式的に示したものである。FIG. 1a (left side of FIG. 1) shows the state of hydrogen bonding between a naphthyridine carbamate dimer derivative (NC) and guanine (G), and FIG. 1b (right side of FIG. 1) shows one base of GG. This schematically shows how NC enters the mismatch sequence. 図2は、DNA(T1/C1)(5μM)溶液の熱変性を、本発明のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(NC)の存在下(図2の下側の曲線)及び不存在下(図2の上側の曲線)で測定した結果を示すグラフである。FIG. 2 shows the thermal denaturation of DNA (T1 / C1) (5 μM) solution in the presence of the naphthyridine carbamate dimer derivative (NC) of the present invention (lower curve in FIG. 2) and in the absence (upper side of FIG. 2). It is a graph which shows the result measured by (curve). 図3は、DNA分子T1及びC1の20μM溶液における、本発明のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(NC)の40μMの存在下(図3b)又は不存在下(図3a)におけるCSI−TOFマススペクトルの結果の1000−1800の範囲を示すものである。FIG. 3 shows the results of CSI-TOF mass spectra in the presence (FIG. 3b) or absence (FIG. 3a) of the naphthyridine carbamate dimer derivative (NC) of the present invention in a 20 μM solution of DNA molecules T1 and C1. The range of 1000-1800 is shown. 図4は、DNA分子T1及びC1の20μM溶液における、本発明のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(NC)の20μMの存在下(図4a)、又は60μMの存在下(図4b)におけるCSI−TOFマススペクトルの結果の1000−1800の範囲を示すものである。FIG. 4 shows the CSI-TOF mass spectrum in the presence of 20 μM of the naphthyridine carbamate dimer derivative (NC) of the present invention (FIG. 4a) or in the presence of 60 μM (FIG. 4b) in a 20 μM solution of DNA molecules T1 and C1. The range of the result 1000-1800 is shown. 図5は、NCの不存在下における2本鎖のDNA(T1/C1)の本発明のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(NC)の存在下(図5b)又は不存在下(図5a)における、過マンガン酸カリウムでの酸化反応の結果のHPLCのチャートである。図5c(図5の左下側)はNCの存在下での過マンガン酸カリウムによる処理の後、ピペリジンで加熱処理した結果のHPLCを示す。FIG. 5 shows permanganese in the presence (FIG. 5b) or absence (FIG. 5a) of the naphthyridine carbamate dimer derivative (NC) of the present invention of double-stranded DNA (T1 / C1) in the absence of NC. It is a HPLC chart of the result of the oxidation reaction with potassium acid. FIG. 5c (lower left side of FIG. 5) shows the HPLC of the result of heat treatment with piperidine after treatment with potassium permanganate in the presence of NC. 図6は、DNA(T2/T3)(5μM)の熱変性特性を示す。図6の横軸は温度(℃)を示し、縦軸は260nmにおける吸光度を示す。図6の8本の曲線は、右末端(80℃付近)の下から本発明のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(NC)の濃度が0、2.5、5、10、20、40、60、及び100μMである場合をそれぞれ示す。FIG. 6 shows the heat denaturation properties of DNA (T2 / T3) (5 μM). The horizontal axis in FIG. 6 represents temperature (° C.), and the vertical axis represents absorbance at 260 nm. The eight curves in FIG. 6 indicate that the concentration of the naphthyridine carbamate dimer derivative (NC) of the present invention is 0, 2.5, 5, 10, 20, 40, 60, and 100 μM from below the right end (around 80 ° C.). Each case is shown. 図7は、本発明のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(NC)の各濃度におけるT2とT3の1本鎖から2本鎖への転移をCDスペクトルにより測定した結果を示すものである。図7中の(a)はNCが0、即ち不存在の場合を示し、(b)はNCが5μMの場合を示し、(c)はNCが10μMの場合を示し、(d)はNCが15μMの場合を示し、(e)はNCが20μMの場合を示す。FIG. 7 shows the results of measuring the transition from single strand to double strand of T2 and T3 at various concentrations of the naphthyridine carbamate dimer derivative (NC) of the present invention by CD spectrum. (A) in FIG. 7 shows a case where NC is 0, that is, non-existence, (b) shows a case where NC is 5 μM, (c) shows a case where NC is 10 μM, (d) shows a case where NC is The case of 15 μM is shown, and (e) shows the case where NC is 20 μM. 図8は、T2及びT3の本発明のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(NC)を含む2本鎖の複合体の形成を、CSI−TOFマススペクトルにより確認した結果を示すものである。NCの不存在(図8の(a))、NCが20μM存在(図8の(b))、NCが40μM存在(図8の(c))、及びNCが60μM存在(図8の(d))におけるCSI−TOFマススペクトルの結果の1000−1800の範囲を示す。FIG. 8 shows the result of confirming the formation of a double-stranded complex containing the naphthyridine carbamate dimer derivative (NC) of T2 and T3 of the present invention by CSI-TOF mass spectrum. Absence of NC (FIG. 8 (a)), NC 20 μM present (FIG. 8 (b)), NC 40 μM present (FIG. 8 (c)), and NC 60 μM present (FIG. 8 (d) )) Shows the range of 1000-1800 as a result of CSI-TOF mass spectrum. 図9は、本発明のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体(NC)の不存在下(図9(a))、又は存在下(図9(b))におけるDNA分子T4の過マンガン酸カリウムでの酸化反応、続くピリミジンでの加熱処理後の生成物のHPLCのチャートである。図9(c)(図9の左下側)は40μMのNCの存在下での過マンガン酸カリウムによる5時間の処理、続くピペリジン中での加熱処理後のHPLCを示す。図9(d)(図9の右下側)は生成物1及び2をアルカリホスファターゼで処理した後のHPLCの結果を示す。FIG. 9 shows the oxidation reaction of DNA molecule T4 with potassium permanganate in the absence (FIG. 9 (a)) or presence (FIG. 9 (b)) of the naphthyridine carbamate dimer derivative (NC) of the present invention, It is the HPLC chart of the product after the heat processing with a subsequent pyrimidine. FIG. 9 (c) (bottom left of FIG. 9) shows the HPLC after 5 hours treatment with potassium permanganate in the presence of 40 μM NC followed by heat treatment in piperidine. FIG. 9 (d) (lower right side of FIG. 9) shows the HPLC results after treating products 1 and 2 with alkaline phosphatase. 図10は、光の照射により可逆的に変換されるシン異性体とアンチ異性体は立体的に大きく異なる構造となり、塩基との相互作用が立体的に制限されることになる様子を模式化して示したものである。FIG. 10 schematically shows that the syn isomer and the anti isomer, which are reversibly converted by light irradiation, have three-dimensionally different structures, and the interaction with the base is sterically restricted. It is shown. 図11は、本発明の式(6)で表されるアゾベンゼンダイマー誘導体を用いて光の照射によるDNA分子の熱変性特性を測定した結果を示すものである。図11中の(i)はトランス体−3(i)の場合を示し、(ii)はシス体−3(ii)の場合を示し、(iii)はトランス体−3(iii)の場合を示し、(iv)はシス体−3(iv)の場合をそれぞれ示している。FIG. 11 shows the results of measuring the thermal denaturation characteristics of DNA molecules by light irradiation using the azobenzene dimer derivative represented by the formula (6) of the present invention. In FIG. 11, (i) shows the case of trans-form-3 (i), (ii) shows the case of cis-form-3 (ii), and (iii) shows the case of trans-form-3 (iii). (Iv) shows the case of cis-form-3 (iv), respectively.

T1 : 5’−CCCATGGTCCG−3’
T2 : 5’−CCTTTGGTCAG−3’
T4 : 5’−GCAATGGTTGC−3’
T1: 5′-CCCATGGTCCG-3 ′
T2: 5′-CCTTTGGTCAG-3 ′
T4: 5′-GCAATGGTTGC-3 ′

Claims (27)

次の一般式(1)
Figure 2009201356
(式中、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5の炭化水素基、又は当該炭素数1〜5の炭化水素基の1つ以上の炭素原子が窒素原子及び酸素原子からなる群から選ばれる原子で置換されている基を示し、Rは炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示し、Xは酸素原子又は硫黄原子を示し、Rは水素原子又は次の一般式(2)
Figure 2009201356
(式中、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5の炭化水素基、又は当該炭素数1〜5の炭化水素基の1つ以上の炭素原子が窒素原子及び酸素原子からなる群から選ばれる原子で置換されている基を示し、Rは炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示し、Xは酸素原子又は硫黄原子を示し、Lは2つの窒素原子を結合させるリンカー基を示す。)
で表される基を示す。)
で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなる、2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤。
The following general formula (1)
Figure 2009201356
(In the formula, each of R 1 and R 2 is independently a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, or one or more carbon atoms of the hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, R represents a group substituted with an atom selected from the group consisting of oxygen atoms, R represents a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, X represents an oxygen atom or a sulfur atom, R 3 Is a hydrogen atom or the following general formula (2)
Figure 2009201356
(In the formula, each of R 1 and R 2 is independently a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, or one or more carbon atoms of the hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, Represents a group substituted with an atom selected from the group consisting of oxygen atoms, R represents a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, X represents an oxygen atom or a sulfur atom, and L represents Indicates a linker group that connects two nitrogen atoms.)
The group represented by these is shown. )
The melting temperature (Tm) of a DNA molecule having two guanine (G) having a continuous GG sequence and having a GG mismatch and at least one other mismatch, comprising a naphthyridine carbamate dimer derivative represented by Agent.
同じ条件で測定したときの融解温度(Tm)の上昇が、少なくとも15℃以上である請求項1に記載の上昇化剤。   The raising agent according to claim 1 whose rise in melting temperature (Tm) when measured on the same conditions is at least 15 ° C or more. 同じ条件で測定したときの融解温度(Tm)の上昇が、少なくとも25℃以上である請求項1又は2に記載の上昇化剤。   The raising agent of Claim 1 or 2 whose raise of a melting temperature (Tm) when measured on the same conditions is at least 25 degreeC or more. DNA分子が、G−Gミスマッチの隣接する位置に他のミスマッチを有するDNA分子である請求項1〜3のいずれかに記載の上昇化剤。   The elevating agent according to any one of claims 1 to 3, wherein the DNA molecule is a DNA molecule having another mismatch at a position adjacent to the GG mismatch. G−Gミスマッチの隣接する位置に他のミスマッチが、T−Gミスマッチである請求項4に記載の上昇化剤。   The raising agent according to claim 4, wherein another mismatch is a TG mismatch at a position adjacent to the GG mismatch. DNA分子が、3個以上のミスマッチを有するものである請求項1〜4のいずれかに記載の上昇化剤。   The raising agent according to any one of claims 1 to 4, wherein the DNA molecule has three or more mismatches. 3個目のミスマッチが、G−Gミスマッチの隣接する位置にある請求項6に記載の上昇化剤。   The elevating agent according to claim 6, wherein the third mismatch is at a position adjacent to the GG mismatch. DNA分子におけるミスマッチが、5’−TGG−3’/3’−GGT−5’又は5’−TGG−3’/3’−GGC−5’である請求項1〜7のいずれかに記載の上昇化剤。   The mismatch in the DNA molecule is 5'-TGG-3 '/ 3'-GGT-5' or 5'-TGG-3 '/ 3'-GGC-5'. Elevating agent. 一般式(1)及び(2)におけるR及びRが、それぞれ独立して炭素数1〜5のアルキル基である請求項1〜8のいずれかに記載の上昇化剤。 Increasing agent according to any one of claims 1 to 8 R 1 and R 2 are each independently an alkyl group of 1 to 5 carbon atoms in the general formula (1) and (2). 一般式(1)及び(2)におけるR及びRが、メチル基である請求項9に記載の上昇化剤。 The increasing agent according to claim 9, wherein R 1 and R 2 in the general formulas (1) and (2) are methyl groups. 一般式(1)及び(2)におけるXが、酸素原子である請求項1〜10のいずれかに記載の上昇化剤。   X in general formula (1) and (2) is an oxygen atom, The raising agent in any one of Claims 1-10. 一般式(1)及び(2)におけるRが、プロピレン基である請求項1〜11のいずれかに記載の上昇化剤。   R in general formula (1) and (2) is a propylene group, The raising agent in any one of Claims 1-11. 一般式(2)におけるリンカー基Lが、アゾ基を含有するものである請求項1〜12のいずれかに記載の上昇化剤。   The raising agent in any one of Claims 1-12 whose linker group L in General formula (2) contains an azo group. 一般式(2)におけるリンカー基Lが、次の一般式(3)
−R−Ar−N=N−Ar−R− (3)
(式中、R及びRは、それぞれ独立して炭素数1〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を示し、Ar及びArはそれぞれ独立してアリーレン基を示し、アゾ基はシン又はアンチ配置である。)
で表される基である請求項13に記載の上昇化剤。
The linker group L in the general formula (2) is represented by the following general formula (3)
—R 4 —Ar 1 —N═N—Ar 2 —R 5 — (3)
(Wherein R 4 and R 5 each independently represent a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, Ar 1 and Ar 2 each independently represent an arylene group, and an azo group Is thin or anti-configuration.)
The elevating agent according to claim 13, which is a group represented by the formula:
一般式(3)におけるR及びRが、メチレン基であり、かつAr及びArがp−フェニレン基である請求項14に記載の上昇化剤。 The raising agent according to claim 14, wherein R 4 and R 5 in the general formula (3) are methylene groups, and Ar 1 and Ar 2 are p-phenylene groups. 一般式(3)におけるアゾ基が、シン配置である請求項14又は15に記載の上昇化剤。   The raising agent according to claim 14 or 15, wherein the azo group in the general formula (3) has a syn configuration. 請求項1〜16に記載のいずれかに記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなるDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤を、2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子が存在する溶液中に添加することにより当該溶液中のDNA分子の融解温度(Tm)を上昇させる方法。   A melting temperature (Tm) increasing agent for a DNA molecule comprising the naphthyridine carbamate dimer derivative according to any one of claims 1 to 16, comprising a GG sequence in which two guanines (G) are continuous, and G A method of increasing the melting temperature (Tm) of a DNA molecule in a solution by adding it to a solution in which a DNA molecule having a G mismatch and at least one other mismatch is present. 2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子が存在する溶液を、当該DNA分子の融解温度(Tm)以上の温度において、請求項1〜16に記載のいずれかに記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなるDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤を添加することにより当該溶液中のDNA分子の融解温度(Tm)を上昇させて、当該DNA分子をハイブリダイズさせる方法。   A solution in which two guanine (G) has a continuous GG sequence and a DNA molecule having a GG mismatch and at least another mismatch is present at a temperature equal to or higher than the melting temperature (Tm) of the DNA molecule. The melting temperature (Tm) of the DNA molecule in the solution is increased by adding a melting temperature (Tm) increasing agent for the DNA molecule comprising the naphthyridine carbamate dimer derivative according to any one of claims 1 to 16. And then hybridizing the DNA molecule. 次の一般式(4)
Figure 2009201356
(式中、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5の炭化水素基、又は当該炭素数1〜5の炭化水素基の1つ以上の炭素原子が窒素原子及び酸素原子からなる群から選ばれる原子で置換されている基を示し、Rは炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示し、Xは酸素原子又は硫黄原子を示し、Lは次の一般式(3)
−R−Ar−N=N−Ar−R− (3)
(式中、R及びRは、それぞれ独立して炭素数1〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を示し、Ar及びArはそれぞれ独立してアリーレン基を示し、アゾ基はシン又はアンチ配置である。)
で表される基を示す。)
で表されるナフチリジンカルバメートダイマー誘導体。
The following general formula (4)
Figure 2009201356
(In the formula, each of R 1 and R 2 independently represents a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, or one or more carbon atoms of the hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, Represents a group substituted by an atom selected from the group consisting of oxygen atoms, R represents a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, X represents an oxygen atom or a sulfur atom, and L represents The following general formula (3)
—R 4 —Ar 1 —N═N—Ar 2 —R 5 — (3)
(Wherein R 4 and R 5 each independently represent a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, Ar 1 and Ar 2 each independently represent an arylene group, and an azo group Is thin or anti-configuration.)
The group represented by these is shown. )
A naphthyridine carbamate dimer derivative represented by:
一般式(4)におけるR及びRが、それぞれ独立して炭素数1〜5のアルキル基である請求項19に記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体。 The naphthyridine carbamate dimer derivative according to claim 19, wherein R 1 and R 2 in the general formula (4) are each independently an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. 一般式(4)におけるR及びRが、メチル基である請求項20に記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体。 The naphthyridine carbamate dimer derivative according to claim 20, wherein R 1 and R 2 in the general formula (4) are methyl groups. 一般式(4)におけるXが、酸素原子である請求項19〜21のいずれかに記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体。   The naphthyridine carbamate dimer derivative according to any one of claims 19 to 21, wherein X in the general formula (4) is an oxygen atom. 一般式(4)におけるRが、プロピレン基である請求項19〜22のいずれかに記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体。   23. The naphthyridine carbamate dimer derivative according to any one of claims 19 to 22, wherein R in the general formula (4) is a propylene group. 一般式(3)におけるR及びRがメチレン基であり、かつAr及びArがp−フェニレン基である請求項19〜23のいずれかに記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体。 The naphthyridine carbamate dimer derivative according to any one of claims 19 to 23, wherein R 4 and R 5 in the general formula (3) are methylene groups, and Ar 1 and Ar 2 are p-phenylene groups. 請求項19〜24のいずれかに記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなるDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤を、2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子が存在する溶液中に添加することにより当該溶液中のDNA分子の融解温度(Tm)を上昇させる方法。   A melting temperature (Tm) increasing agent for a DNA molecule comprising the naphthyridine carbamate dimer derivative according to any one of claims 19 to 24, wherein the guanine (G) has a continuous GG sequence, and GG A method of increasing the melting temperature (Tm) of a DNA molecule in a solution by adding the DNA molecule having a mismatch and at least one other mismatch to the solution. 2個のグアニン(G)が連続したGG配列を有し、かつG−Gミスマッチ及び少なくとももう1つのミスマッチを有するDNA分子が存在する溶液を、当該DNA分子の融解温度(Tm)以上の温度において、請求項19〜24のいずれかに記載のナフチリジンカルバメートダイマー誘導体からなるDNA分子の融解温度(Tm)上昇化剤を添加することにより当該溶液中のDNA分子の融解温度(Tm)を上昇させて、当該DNA分子をハイブリダイズさせる方法。   A solution in which two guanine (G) has a continuous GG sequence and a DNA molecule having a GG mismatch and at least another mismatch is present at a temperature equal to or higher than the melting temperature (Tm) of the DNA molecule. The melting temperature (Tm) of the DNA molecule in the solution is increased by adding the melting temperature (Tm) increasing agent for the DNA molecule comprising the naphthyridine carbamate dimer derivative according to any one of claims 19 to 24. A method of hybridizing the DNA molecule. 請求項25又は26に記載の方法が、光の照射によるアゾ基のシン−アンチ異性化によるものである請求項25又は26に記載の方法。



27. The method according to claim 25 or 26, wherein the method according to claim 25 or 26 is by syn-anti isomerization of an azo group by irradiation with light.



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