JP2021191807A - Novel fluorescent dye, and composition for lipid droplet staining and method for imaging intracellular lipid droplets using the same - Google Patents

Novel fluorescent dye, and composition for lipid droplet staining and method for imaging intracellular lipid droplets using the same Download PDF

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佑希 立中
Yuki TATENAKA
公俊 江副
Takatoshi EZOE
信之 尾関
Nobuyuki OZEKI
宗孝 石山
Munetaka Ishiyama
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    • G01N33/92Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving lipids, e.g. cholesterol, lipoproteins, or their receptors

Abstract

To provide a fluorescent dye which is specific to lipid droplets and enables fluorescent staining with high sensitivity, while having no cytotoxicity but high intracellular retentivity, and which is applicable to kinetics observation, and a method for imaging intracellular lipid droplets.SOLUTION: The present invention employs a fluorescent dye represented by general formula (I) or (II). [R1 and R2 are each independently H, cyano, or the like; and R3 is substituted amino or the like.]SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、脂肪滴の染色に好適に用いることができる新規な蛍光色素並びにそれを用いた脂肪滴染色用組成物及び細胞内脂肪滴のイメージング方法に関する。 The present invention relates to a novel fluorescent dye that can be suitably used for staining lipid droplets, a composition for staining lipid droplets using the fluorescent dye, and a method for imaging intracellular lipid droplets.

脂肪滴(脂肪球、油滴等ともいう)は、内部にトリグリセリド等の中性脂肪を貯蔵し、リン脂質の一重層によって周囲を囲まれた細胞内小器官である。脂肪滴は、主に脂肪細胞に存在し、エネルギーの貯蔵が主な役割であると考えられていた。近年の研究により、脂肪滴は脂肪細胞以外の細胞にも広く存在していることがわかっている。 Lipid droplets (also referred to as lipid globules, oil droplets, etc.) are intracellular small organs that store neutral fat such as triglyceride and are surrounded by a single layer of phospholipids. Lipid droplets are mainly present in adipocytes, and it was thought that energy storage was the main role. Recent studies have shown that lipid droplets are also widely present in cells other than adipocytes.

脂肪細胞の脂肪滴は10〜100μmと巨大であり、大量の脂肪を長期にわたって貯蔵する。しかし、非脂肪細胞の脂肪滴は1μm以下とはるかに小さく、ごく少量の脂肪を一時的に保管している。細胞は、血液から脂肪酸を取り込み、エネルギー源として利用するが、その際に一部の脂肪酸をトリグリセリドに再合成し、貯蔵する。これが、非脂肪細胞に見られる小さな脂肪滴である。 Lipid droplets of adipocytes are huge, 10 to 100 μm, and store a large amount of fat for a long period of time. However, the lipid droplets of non-adipocytes are much smaller, 1 μm or less, and temporarily store a very small amount of fat. Cells take up fatty acids from the blood and use them as an energy source, at which time some fatty acids are resynthesized into triglycerides and stored. Here are the small lipid droplets found on non-adipocytes.

上述のように、従来、脂肪滴は中性脂質の貯蔵オルガネラであり、単なる脂肪の貯蔵庫とされていた。しかし、最近の研究から脂肪滴表面には多くのタンパク質が存在し、体内の脂質代謝制御において重要な役割を担っていることが明らかになってきている。脂肪の蓄積や分解は厳密に調節されており、その破綻は肥満や糖尿病といった種々の疾患を招くとされている。近年の研究により、脂肪滴は、エネルギーの貯蔵のみならず、膜形成、細胞内シグナル伝達等に不可欠な役割を果たしていることが明らかになり、細胞内の重要なオルガネラとして認知されつつある。(非特許文献1参照)オートファジー(非特許文献2参照)、細胞老化(非特許文献3参照)といった細胞内現象と脂肪滴との関連性も示唆されており、脂肪滴の形成・成長・融合・分解のメカニズムが詳細に解明されることが待ち望まれている。 As mentioned above, lipid droplets have traditionally been a storage organelle of triglycerides and are merely a storage of fat. However, recent studies have revealed that many proteins are present on the surface of lipid droplets and play an important role in the regulation of lipid metabolism in the body. Fat accumulation and breakdown are strictly regulated, and its breakdown is said to lead to various diseases such as obesity and diabetes. Recent studies have revealed that lipid droplets play an indispensable role not only in energy storage but also in membrane formation, intracellular signal transduction, etc., and are being recognized as important intracellular organelles. (See Non-Patent Document 1) The relationship between lipid droplets and intracellular phenomena such as autophagy (see Non-Patent Document 2) and cellular senescence (see Non-Patent Document 3) has also been suggested, and the formation and growth of lipid droplets. It is hoped that the mechanism of fusion and decomposition will be elucidated in detail.

したがって、脂肪滴の形成・成長・融合・分解のメカニズムが詳細に解明されるための、高い脂肪滴特異性を持つ蛍光色素は近年大きな関心を集めている。脂肪滴は、トリアシルグリセロールやコレステロールエステルなどの中性脂肪脂肪滴に関する疾患の診断・治療に寄与する新たな研究展開が期待されることから、生細胞内や個体内の脂肪滴の動態を観察できる分子プローブは必要不可欠である。脂肪滴は機能的及び形態学的に多様な亜集団を形成し、すべての脂肪滴を染色するための単一のマーカーはこれまで存在しなかった。脂肪滴を可視化する方法の一つは、脂肪親和性の強い分子で脂肪滴の核部分(脂質エステル)を染色することである。生細胞や個体内の脂肪滴動態を観察するために、従来より、Nile Red、BODYPY 493/503等の蛍光色素によるイメージング法が用いられてきた(例えば、特許文献1、非特許文献4、5参照)。 Therefore, fluorescent dyes having high lipid droplet specificity have attracted great interest in recent years for the detailed elucidation of the mechanism of lipid droplet formation, growth, fusion, and decomposition. Since lipid droplets are expected to develop new research that contributes to the diagnosis and treatment of diseases related to neutral lipid droplets such as triacylglycerol and cholesterol ester, we will observe the dynamics of lipid droplets in living cells and individuals. A capable molecular probe is indispensable. Lipid droplets form functionally and morphologically diverse subpopulations, and so far no single marker has existed to stain all lipid droplets. One of the methods for visualizing a lipid droplet is to stain the nucleus portion (lipid ester) of the lipid droplet with a molecule having a strong lipophilicity. In order to observe the dynamics of lipid droplets in living cells and individuals, imaging methods using fluorescent dyes such as Nile Red and BODYPY 493/503 have been conventionally used (for example, Patent Document 1, Non-Patent Documents 4 and 5). reference).

特許第6241014号公報Japanese Patent No. 62401414

山口智広、昭和大学薬学雑誌、第1巻、第1号、2010年Tomohiro Yamaguchi, Showa University Pharmaceutical Magazine, Volume 1, Issue 1, 2010 Rajat Singh, Susmita Kaushik, Yongjun Wang, Youqing Xiang, Inna Novak, Masaaki Komatsu, Keiji Tanaka, Ana Maria Cuervo, Mark J. Czaja; Autophagy regulates lipid metabolism; Nature. 2009 April 30; 458(7242): 1131-1135Rajat Singh, Susmita Kaushik, Yongjun Wang, Youqing Xiang, Inna Novak, Masaaki Komatsu, Keiji Tanaka, Ana Maria Cuervo, Mark J. Czaja; Autophagy regulates lipid metabolism; Nature. 2009 April 30; 458 (7242): 1131-1135 Masataka Yokoyama, Sho Okada, Atsushi Nakagomi, Junji Moriya, Ippei Shimizu, Aika Nojima, Yohko Yoshida, Harumi Ichimiya, Naomi Kamimura, Yoshio Kobayashi, Shigeo Ohta, Marcus Fruttiger, Guillermina Lozano,and Tohru Minamino; Inhibition of Endothelial p53 Improves Metabolic Abnormalities Related to Dietary Obesity; Cell Reports 7, 1691-1703, June 12, 2014Masataka Yokoyama, Sho Okada, Atsushi Nakagomi, Junji Moriya, Ippei Shimizu, Aika Nojima, Yohko Yoshida, Harumi Ichimiya, Naomi Kamimura, Yoshio Kobayashi, Shigeo Ohta, Marcus Fruttiger, Guillermina Lozano, and Tohru Minamino; Inhibition of Endothelial p53 Improves Meta Related to Dietary Obesity; Cell Reports 7, 1691-1703, June 12, 2014 Phillip Greenspan, Eugene P. Mayer, Stanley D. Fowler; Nile Red: A Selective Fluorescent Stain for Intracellular Lipid Droplets; THE JOURNAL OF CELL BIOLOGY VOLUME 100: 965-973 March 1985Phillip Greenspan, Eugene P. Mayer, Stanley D. Fowler; Nile Red: A Selective Fluorescent Stain for Intracellular Lipid Droplets; THE JOURNAL OF CELL BIOLOGY VOLUME 100: 965-973 March 1985 Peter M. Gocze, Dale A. Freeman; Factors Underlying the Variability of Lipid Droplet Fluorescence in MA-10 Leydig Tumor Cells; Cytometry 17:151-158 (1994)Peter M. Gocze, Dale A. Freeman; Factors Underlying the Variability of Lipid Droplet Fluorescence in MA-10 Leydig Tumor Cells; Cytometry 17: 151-158 (1994)

しかしながら、Nile Redは、水溶液下において蛍光強度が低く、疎水性環境下において高い蛍光強度を示す疎水場プローブであるが、細胞内でバックグラウンド蛍光があり、S/N比が悪い。また、Nile Redは、ソルバトクロミズム(溶媒の極性の変化によって化合物の色調が変化する現象。)により、吸収波長領域が大きく変化し、イメージングに影響を及ぼしてしまう。さらに、脂肪滴以外の多重染色観察が困難であり、他のオルガネラ特異的蛍光色素との併用や、免疫染色等の他の染色法との併用ができない。 However, Nile Red is a hydrophobic field probe that has low fluorescence intensity under aqueous solution and high fluorescence intensity under hydrophobic environment, but has background fluorescence in cells and has a poor S / N ratio. In addition, Nile Red has a large change in the absorption wavelength region due to solvatochromism (a phenomenon in which the color tone of a compound changes due to a change in the polarity of a solvent), which affects imaging. Furthermore, it is difficult to observe multiple stainings other than lipid droplets, and it cannot be used in combination with other organelle-specific fluorescent dyes or other staining methods such as immunostaining.

BODYPY 493/503は、明るい緑色蛍光色素で、特有の疎水性を持ち、脂肪滴などの疎水性部分に分布しやすいため、脂肪滴検出が可能である。しかし、Nile Redと同様に細胞内でバックグラウンド蛍光があり、脂肪滴検出特異性に欠ける。 BODYPY 493/503 is a bright green fluorescent dye that has a peculiar hydrophobicity and is easily distributed in hydrophobic parts such as lipid droplets, so that it is possible to detect lipid droplets. However, like Nile Red, it has intracellular background fluorescence and lacks lipid droplet detection specificity.

また、脂肪滴の動態を観察するためには、細胞に蛍光色素を導入後長期培養する必要がある。しかし、これらの色素は細胞毒性や細胞内滞留性に課題を抱えており、長期間の観察には適していない。 In addition, in order to observe the dynamics of lipid droplets, it is necessary to incubate the cells for a long period of time after introducing the fluorescent dye. However, these dyes have problems in cytotoxicity and intracellular retention, and are not suitable for long-term observation.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、脂肪滴に特異的で、高感度な蛍光染色が可能で、細胞毒性がなく、細胞内滞留性が高く、脂肪滴の動態観察にも適用可能な蛍光色素並びにそれを用いた脂肪滴染色用組成物及び細胞内脂肪滴のイメージング方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, is specific to lipid droplets, enables highly sensitive fluorescent staining, has no cytotoxicity, has high intracellular retention, and can be applied to observing the dynamics of lipid droplets. It is an object of the present invention to provide a fluorescent dye, a composition for staining lipid droplets using the same, and a method for imaging intracellular lipid droplets.

前記目的に沿う本発明の第1の態様は、下記の一般式(I)又は(II)で表される蛍光色素を提供することにより上記課題を解決するものである。 The first aspect of the present invention according to the above object solves the above-mentioned problem by providing the fluorescent dye represented by the following general formula (I) or (II).

Figure 2021191807
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Figure 2021191807
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上記一般式(I)及び(II)において、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びRのうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかであり、
は、下記の一般式(i)、(ii)及び(iii)のいずれかで表される官能基であり、
In the above general formulas (I) and (II), R 1 and R 2 are independently composed of a hydrogen atom, a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group, respectively. Selected from the group, at least one of R 1 and R 2 is any of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 3 is represented by the following general formula (i), a functional group represented by any one of (ii) and (iii),

Figure 2021191807
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上記一般式(i)、(ii)及び(iii)において、
及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜10の、分岐及び不飽和結合の一方又は双方を含んでいてもよい炭化水素基であり、R及びRは、直接或いは炭素原子、酸素原子、窒素原子及び硫黄原子のいずれかを介して結合し、環を形成していてもよく、
及びRは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びRのうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかであり、
は、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、
及びR10は、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びR10のうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかである。
In the above general formulas (i), (ii) and (iii),
R 4 and R 5 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms and may contain one or both of a branched and unsaturated bond, and R 4 and R 5 are direct or carbon. It may be bonded via any of an atom, an oxygen atom, a nitrogen atom and a sulfur atom to form a ring.
R 6 and R 7 are independently selected from the group consisting of hydrogen atoms, cyano groups, formyl groups, aryl groups, substituted aryl groups, heteroaryl groups and substituted heteroaryl groups, and R 6 and R 7 are of the same. At least one of them is one of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 8 is selected from the group consisting of a hydrogen atom, a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 9 and R 10 are independently selected from the group consisting of hydrogen atoms, cyano groups, formyl groups, aryl groups, substituted aryl groups, heteroaryl groups and substituted heteroaryl groups, and R 9 and R 10 are of the same. At least one of them is any one of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.

本発明の第1の態様に係る蛍光色素は、好ましくは、下記の式(1)〜(6)のいずれかで表される。 The fluorescent dye according to the first aspect of the present invention is preferably represented by any of the following formulas (1) to (6).

Figure 2021191807
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本発明の第2の態様は、下記の一般式(I)又は(II)で表される1又は複数の蛍光色素を含む脂肪滴染色用組成物を提供することにより上記課題を解決するものである。 The second aspect of the present invention solves the above-mentioned problems by providing a composition for lipid droplet dyeing containing one or more fluorescent dyes represented by the following general formula (I) or (II). be.

Figure 2021191807
Figure 2021191807

Figure 2021191807
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上記一般式(I)及び(II)において、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びRのうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかであり、
は、ホルミル基又は下記の一般式(i)、(ii)及び(iii)のいずれかで表される官能基であり、
In the above general formulas (I) and (II), R 1 and R 2 are independently composed of a hydrogen atom, a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group, respectively. Selected from the group, at least one of R 1 and R 2 is any of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 3 is formyl group or the following formula (i), a functional group represented by any one of (ii) and (iii),

Figure 2021191807
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上記一般式(i)、(ii)及び(iii)において、
及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜10の、分岐及び不飽和結合の一方又は双方を含んでいてもよい炭化水素基であり、R及びRは、直接或いは炭素原子、酸素原子、窒素原子及び硫黄原子のいずれかを介して結合し、環を形成していてもよく、
及びRは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びRのうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかであり、
は、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、
及びR10は、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びR10のうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかである。
In the above general formulas (i), (ii) and (iii),
R 4 and R 5 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms and may contain one or both of a branched and unsaturated bond, and R 4 and R 5 are direct or carbon. It may be bonded via any of an atom, an oxygen atom, a nitrogen atom and a sulfur atom to form a ring.
R 6 and R 7 are independently selected from the group consisting of hydrogen atoms, cyano groups, formyl groups, aryl groups, substituted aryl groups, heteroaryl groups and substituted heteroaryl groups, and R 6 and R 7 are of the same. At least one of them is one of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 8 is selected from the group consisting of a hydrogen atom, a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 9 and R 10 are independently selected from the group consisting of hydrogen atoms, cyano groups, formyl groups, aryl groups, substituted aryl groups, heteroaryl groups and substituted heteroaryl groups, and R 9 and R 10 are of the same. At least one of them is any one of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.

本発明の第3の態様は、下記の一般式(I)又は(II)で表される1又は複数の蛍光色素を細胞内の脂肪滴の内部に導入する工程と、
脂肪滴の内部に導入された前記蛍光色素から放出される蛍光を測定する工程とを含むことを特徴とする細胞内脂肪滴のイメージング方法を提供することにより上記課題を解決するものである。
A third aspect of the present invention comprises the step of introducing one or more fluorescent dyes represented by the following general formula (I) or (II) into the intracellular lipid droplets.
The above problem is solved by providing a method for imaging an intracellular lipid droplet, which comprises a step of measuring the fluorescence emitted from the fluorescent dye introduced into the lipid droplet.

Figure 2021191807
Figure 2021191807

Figure 2021191807
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上記一般式(I)及び(II)において、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びRのうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかであり、
は、ホルミル基又は下記の一般式(i)、(ii)及び(iii)のいずれかで表される官能基であり、
In the above general formulas (I) and (II), R 1 and R 2 are independently composed of a hydrogen atom, a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group, respectively. Selected from the group, at least one of R 1 and R 2 is any of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 3 is formyl group or the following formula (i), a functional group represented by any one of (ii) and (iii),

Figure 2021191807
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上記一般式(i)、(ii)及び(iii)において、
及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜10の、分岐及び不飽和結合の一方又は双方を含んでいてもよい炭化水素基であり、R及びRは、直接或いは炭素原子、酸素原子、窒素原子及び硫黄原子のいずれかを介して結合し、環を形成していてもよく、
及びRは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びRのうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかであり、
は、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、
及びR10は、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びR10のうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかである。
In the above general formulas (i), (ii) and (iii),
R 4 and R 5 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms and may contain one or both of a branched and unsaturated bond, and R 4 and R 5 are direct or carbon. It may be bonded via any of an atom, an oxygen atom, a nitrogen atom and a sulfur atom to form a ring.
R 6 and R 7 are independently selected from the group consisting of hydrogen atoms, cyano groups, formyl groups, aryl groups, substituted aryl groups, heteroaryl groups and substituted heteroaryl groups, and R 6 and R 7 are of the same. At least one of them is one of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 8 is selected from the group consisting of a hydrogen atom, a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 9 and R 10 are independently selected from the group consisting of hydrogen atoms, cyano groups, formyl groups, aryl groups, substituted aryl groups, heteroaryl groups and substituted heteroaryl groups, and R 9 and R 10 are of the same. At least one of them is any one of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.

本発明の第2の態様に係る脂肪滴染色用組成物および本発明の第3の態様に係る細胞内脂肪滴のイメージング方法において、前記蛍光色素が、下記の式(1)〜(8)のいずれかで表されるものであることが好ましい。 In the composition for staining lipid droplets according to the second aspect of the present invention and the method for imaging intracellular lipid droplets according to the third aspect of the present invention, the fluorescent dye is represented by the following formulas (1) to (8). It is preferably represented by either.

Figure 2021191807
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本発明によると、脂肪滴特異性が高く、脂肪滴等の疎水性環境下では強い蛍光発光を起こす一方、細胞質等の親水性環境下においてバックグラウンド発光を殆ど示さず、高感度での蛍光観察が可能な蛍光色素が提供される。本発明の蛍光色素は、ピレン又はペリレンを蛍光発色団として有しているため、合成が比較的容易であり、分子設計により、所望の蛍光特性(励起スペクトル、蛍光スペクトル等)を有する蛍光色素をデザインできる。これにより、細胞中の明瞭な脂肪滴の観察のみならず、異なる波長をもつ蛍光色素を組み合わせることにより、他のオルガネラとの関連性を研究するための多重染色を実現できる。更に、本発明の蛍光色素は、細胞毒性が低く、脂肪滴内部への滞留性が高いため、長時間にわたり、生細胞内の脂肪滴の動態を観察できる。このように、本発明によると、生細胞内の脂肪滴の生体機能を解析する上で有用なツールとしての蛍光色素、これを用いた脂肪滴染色用組成物及び細胞内脂肪滴のイメージング方法が提供される。 According to the present invention, the specificity of lipid droplets is high, and while strong fluorescence emission is generated in a hydrophobic environment such as lipid droplets, background emission is hardly shown in a hydrophilic environment such as cytoplasm, and fluorescence observation with high sensitivity is performed. Fluorescent dyes capable of are provided. Since the fluorescent dye of the present invention has pyrene or perylene as a fluorescent chromophore, it is relatively easy to synthesize, and a fluorescent dye having desired fluorescence characteristics (excitation spectrum, fluorescence spectrum, etc.) can be obtained by molecular design. Can be designed. This makes it possible not only to observe clear lipid droplets in cells, but also to realize multiple staining for studying the relationship with other organelles by combining fluorescent dyes having different wavelengths. Furthermore, since the fluorescent dye of the present invention has low cytotoxicity and high retention in the lipid droplets, the dynamics of the lipid droplets in the living cells can be observed for a long period of time. As described above, according to the present invention, a fluorescent dye as a useful tool for analyzing the biological function of lipid droplets in living cells, a composition for staining lipid droplets using the fluorescent dye, and an imaging method for intracellular lipid droplets are available. Provided.

オレイン酸処理後、本発明の化合物と共にインキュベートしたHeLa細胞の共焦点顕微鏡観察の結果を示す写真である。It is a photograph showing the result of confocal microscopy of HeLa cells incubated with the compound of the present invention after treatment with oleic acid. オレイン酸処理後、本発明の化合物及びNile Redと共にインキュベートしたHeLa細胞の共焦点顕微鏡観察の結果を示す写真である。6 is a photograph showing the results of confocal microscopy of HeLa cells incubated with the compound of the present invention and Nile Red after treatment with oleic acid. オレイン酸処理後、本発明の化合物、Nile Red又はBODYPY 493/503と共にインキュベートしたHeLa細胞の共焦点顕微鏡観察の結果を示す写真である。6 is a photograph showing the results of confocal microscopy of HeLa cells incubated with the compound of the present invention, Nile Red or BODYPY 493/503, after treatment with oleic acid. 本発明の化合物、Nile Red又はBODYPY 493/503と共にインキュベートし、24時間経過後のHepG2細胞の共焦点顕微鏡観察の結果を示す写真である。It is a photograph showing the result of confocal microscopy of HepG2 cells after 24 hours of incubation with the compound of the present invention, Nile Red or BODYPY 493/503.

本発明の第1の実施の形態に係る蛍光色素(単に、「蛍光色素」と略称される場合がある。)は、下記の一般式(I)又は(II)で表される。 The fluorescent dye according to the first embodiment of the present invention (sometimes simply abbreviated as "fluorescent dye") is represented by the following general formula (I) or (II).

Figure 2021191807
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Figure 2021191807
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上記一般式(I)及び(II)において、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びRのうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかであり、
は、下記の一般式(i)、(ii)及び(iii)のいずれかで表される官能基であり、
In the above general formulas (I) and (II), R 1 and R 2 are independently composed of a hydrogen atom, a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group, respectively. Selected from the group, at least one of R 1 and R 2 is any of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 3 is represented by the following general formula (i), a functional group represented by any one of (ii) and (iii),

Figure 2021191807
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上記一般式(i)、(ii)及び(iii)において、
及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜10の、分岐及び不飽和結合の一方又は双方を含んでいてもよい炭化水素基であり、R及びRは、直接或いは炭素原子、酸素原子、窒素原子及び硫黄原子のいずれかを介して結合し、環を形成していてもよく、
及びRは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びRのうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかであり、
は、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、
及びR10は、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びR10のうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかである。
In the above general formulas (i), (ii) and (iii),
R 4 and R 5 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms and may contain one or both of a branched and unsaturated bond, and R 4 and R 5 are direct or carbon. It may be bonded via any of an atom, an oxygen atom, a nitrogen atom and a sulfur atom to form a ring.
R 6 and R 7 are independently selected from the group consisting of hydrogen atoms, cyano groups, formyl groups, aryl groups, substituted aryl groups, heteroaryl groups and substituted heteroaryl groups, and R 6 and R 7 are of the same. At least one of them is one of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 8 is selected from the group consisting of a hydrogen atom, a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 9 and R 10 are independently selected from the group consisting of hydrogen atoms, cyano groups, formyl groups, aryl groups, substituted aryl groups, heteroaryl groups and substituted heteroaryl groups, and R 9 and R 10 are of the same. At least one of them is any one of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.

上記一般式(I)又は(II)で表される蛍光色素のうち、好ましいものの具体例としては、下記の式(1)〜(6)のいずれかで表されるものが挙げられる。以下、「式(n)で表される化合物(nは整数)」を「化合物n」と略称する場合がある。 Among the fluorescent dyes represented by the general formula (I) or (II), specific examples of preferable ones are those represented by any of the following formulas (1) to (6). Hereinafter, the "compound represented by the formula (n) (n is an integer)" may be abbreviated as "compound n".

Figure 2021191807
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これらの化合物は、入手可能なピレン又はペリレン誘導体を出発物質として任意の公知の方法を用いて合成することができる。例えば、化合物(3)、化合物(5)及び化合物(6)は、下記のスキームに従って合成することができる。 These compounds can be synthesized using any known method using available pyrene or perylene derivatives as starting materials. For example, compound (3), compound (5) and compound (6) can be synthesized according to the scheme below.

Figure 2021191807
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Figure 2021191807
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化合物(1)、(4)は、化合物(5)から化合物(6)を合成する反応と同様の試薬、条件を用いて、アルデヒド誘導体から合成することができる。また、化合物(2)は、金属触媒を用いた3−ブロモペリレン又はペリレン−3−イルボロン酸とアミンの反応により合成することができる。 Compounds (1) and (4) can be synthesized from an aldehyde derivative using the same reagents and conditions as in the reaction for synthesizing compound (6) from compound (5). In addition, compound (2) can be synthesized by the reaction of 3-bromoperylene or perylene-3-ylboronic acid with an amine using a metal catalyst.

本発明の第2の実施の形態に係る脂肪滴染色用組成物(以下、「脂肪滴染色用組成物」又は「組成物」と略称される場合がある。)は、上で説明した本発明の第1の実施の形態に係る蛍光色素、すなわち上記の一般式(I)又は(II)で表される蛍光色素の1又は複数を含んでいる。 The composition for lipid droplet staining according to the second embodiment of the present invention (hereinafter, may be abbreviated as "composition for lipid droplet staining" or "composition") is the present invention described above. The fluorescent dye according to the first embodiment of the above, that is, one or more of the fluorescent dyes represented by the above general formula (I) or (II).

組成物に用いることができる好ましい蛍光色素の具体例としては、下記の式(1)〜(8)のいずれかで表されるものが挙げられる。化合物(7)及び化合物(8)は、公知化合物であるが、組成物に好ましく用いることができる。 Specific examples of the preferable fluorescent dye that can be used in the composition include those represented by any of the following formulas (1) to (8). Although the compound (7) and the compound (8) are known compounds, they can be preferably used in the composition.

Figure 2021191807
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組成物は、上記の蛍光色素の1又は複数を含む固体状のものであってもよいが、上記の蛍光色素の1又は複数を適当な溶媒、溶液又は緩衝溶液に溶解した液体状のものであってもよい。脂肪滴染色用組成物は、脂肪滴又は他のオルガネラの特異的又は非特異的染色に用いることができる1又は複数の他の色素を含んでいてもよい。 The composition may be a solid containing one or more of the above fluorescent dyes, but may be a liquid in which one or more of the above fluorescent dyes is dissolved in a suitable solvent, solution or buffer solution. There may be. The composition for lipid droplet staining may contain one or more other dyes that can be used for specific or non-specific staining of lipid droplets or other organelles.

本発明の第3の実施の形態に係る細胞内脂肪滴のイメージング方法(以下、「イメージング方法」と略称される場合がある。)は、上記の一般式(I)又は(II)で表される1又は複数の蛍光色素を細胞内の脂肪滴の内部に導入する工程と、脂肪滴の内部に導入された蛍光色素から放出される蛍光を測定する工程とを含んでいる。 The method for imaging intracellular lipid droplets according to the third embodiment of the present invention (hereinafter, may be abbreviated as “imaging method”) is represented by the above general formula (I) or (II). It includes a step of introducing one or more fluorescent dyes into the inside of the lipid droplet in the cell and a step of measuring the fluorescence emitted from the fluorescent dye introduced into the inside of the lipid droplet.

イメージング方法に用いられる蛍光色素及びその好ましい具体例については、本発明の第2の実施の形態に係る脂肪滴染色用組成物の場合と同様であるので、詳しい説明は省略する。 Since the fluorescent dye used in the imaging method and its preferred specific examples are the same as in the case of the lipid droplet dyeing composition according to the second embodiment of the present invention, detailed description thereof will be omitted.

蛍光色素の脂肪滴の内部への導入は、任意の公知の方法を用いて行うことができるが、例えば、培地に播種した細胞に加え、所定時間インキュベートすることにより行うことができる。脂肪滴の内部に導入された蛍光色素から放出される蛍光の測定は、任意の公知の手段を用いて行うことができるが、共焦点顕微鏡や蛍光顕微鏡を用いた蛍光イメージの観察により行うことができる。イメージング方法に用いられる上述の蛍光色素は、細胞毒性が低く、脂肪滴内部への滞留性が高いため、生細胞内の脂肪滴の経時的な観察を行うこともできる。 The introduction of the fluorescent dye into the lipid droplet can be carried out by using any known method, for example, by adding the cells inoculated to the medium and incubating for a predetermined time. The fluorescence emitted from the fluorescent dye introduced into the lipid droplet can be measured by any known means, but it can be carried out by observing the fluorescence image using a confocal microscope or a fluorescence microscope. can. Since the above-mentioned fluorescent dye used in the imaging method has low cytotoxicity and high retention in the lipid droplets, it is possible to observe the lipid droplets in the living cells over time.

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
実施例1:蛍光色素の合成
[1]:化合物(7)及び(3)の合成
1−(4−メトキシフェニル)エテニル基を有する化合物(7)及び(3)の合成は、それぞれ、下記に示すスキームに従い、アルデヒド誘導体と、塩化(4−メトキシベンジル)トリフェニルホスホニウムとのWittig反応を用いて行った。
Next, an example carried out for confirming the action and effect of the present invention will be described.
Example 1: Synthesis of fluorescent dye [1]: Synthesis of compounds (7) and (3) The synthesis of compounds (7) and (3) having a 1- (4-methoxyphenyl) ethenyl group is as follows, respectively. According to the scheme shown, the Wittig reaction between the aldehyde derivative and triphenylphosphonium chloride (4-methoxybenzyl) was used.

Figure 2021191807
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Figure 2021191807
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化合物(7)の合成
100mLナスフラスコに、1−ピレンカルボキシアルデヒド(460mg、2.0mmol)、塩化(4−メトキシベンジル)トリフェニルホスホニウム(1,008mg、4.0mmol)、30mLのジクロロメタン、3mLの50%NaOH水溶液を加え、室温で終夜攪拌した。反応溶液をジクロロメタンで抽出し、抽出液をエバポレーターで留去した。精製はシリカゲルカラムを使用し、溶離液として100%クロロホルムを用いて行った。微黄色の結晶300mgを得た(収率44.9%)。
Synthesis of compound (7) In a 100 mL eggplant flask, 1-pyrenecarboxyaldehyde (460 mg, 2.0 mmol), chloride (4-methoxybenzyl) triphenylphosphonium (1008 mg, 4.0 mmol), 30 mL dichloromethane, 3 mL A 50% aqueous NaOH solution was added, and the mixture was stirred overnight at room temperature. The reaction solution was extracted with dichloromethane, and the extract was distilled off by an evaporator. Purification was performed using a silica gel column and 100% chloroform as an eluent. 300 mg of slightly yellow crystals were obtained (yield 44.9%).

1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ=3.81 (3H, s), 6.98 (2H, d, J=7.6 Hz), 7.31 (1H, 7.30, d, J=16.0 Hz), 7.63 (2H, d, J=7.6 Hz), 7.98-8.19 (8H, m), 8.31 (1H, d, J=8.0 Hz), 8.50 (1H, d, J=9.2 Hz). 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ = 3.81 (3H, s), 6.98 (2H, d, J = 7.6 Hz), 7.31 (1H, 7.30, d, J = 16.0 Hz), 7.63 (2H, d, J = 7.6 Hz), 7.98-8.19 (8H, m), 8.31 (1H, d, J = 8.0 Hz), 8.50 (1H, d, J = 9.2 Hz).

化合物(3)の合成
100mLナスフラスコに、3−ペリレンカルボキシアルデヒド(8)(560mg、2.0mmol)、塩化(4−メトキシベンジル)トリフェニルホスホニウム(1,008mg、4.0mmol)、30mLのジクロロメタン、3mLの50%NaOH水溶液を加え、室温で終夜攪拌した。析出した結晶をろ過し、橙色の結晶198mgを得た(収率25.7%)。
Synthesis of compound (3) In a 100 mL eggplant flask, 3-perylenecarboxyaldehyde (8) (560 mg, 2.0 mmol), triphenylphosphonium chloride (4-methoxybenzyl) (1008 mg, 4.0 mmol), 30 mL dichloromethane 3 mL of 50% NaOH aqueous solution was added, and the mixture was stirred overnight at room temperature. The precipitated crystals were filtered to obtain 198 mg of orange crystals (yield 25.7%).

1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ=3.87 (3H, s), 6.95 (2H, d, J=7.2 Hz), 7.15 (1H, d, J=16.4 Hz), 7.47-7.57 (5H, m), 7.67-7.72 (3H, m), 7.75 (1H, J=7.6 Hz), 8.08 (1H, d, J=8.8 Hz), 8.19-8.25 (4H, m). 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ = 3.87 (3H, s), 6.95 (2H, d, J = 7.2 Hz), 7.15 (1H, d, J = 16.4 Hz), 7.47-7.57 (5H, m), 7.67-7.72 (3H, m), 7.75 (1H, J = 7.6 Hz), 8.08 (1H, d, J = 8.8 Hz), 8.19-8.25 (4H, m).

[2]:化合物(5)及び(6)の合成
化合物(5)及び(6)の合成は、下記のスキームに従って行った。
[2]: Synthesis of compounds (5) and (6) The synthesis of compounds (5) and (6) was carried out according to the following scheme.

Figure 2021191807
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3−ブロモペリレンの合成
500mLナスフラスコに、ペリレン(1g、4.0mmol)、300mLのジクロロメタンを加え、1時間撹拌し溶解させた。この溶液に、N−ブロモスクシンイミド(1.78g、10.0mmol)を100mLのジクロロメタンに溶解させた溶液を滴下し、室温で終夜攪拌した。反応溶液をエバポレーターで濃縮し、黄色結晶を得た。結晶をメタノール100mLで洗浄し、黄色結晶1.6gを得た(収率:99%)。
Synthesis of 3-bromoperylene To a 500 mL eggplant flask, perylene (1 g, 4.0 mmol) and 300 mL of dichloromethane were added, and the mixture was stirred for 1 hour to dissolve. A solution prepared by dissolving N-bromosuccinimide (1.78 g, 10.0 mmol) in 100 mL of dichloromethane was added dropwise to this solution, and the mixture was stirred overnight at room temperature. The reaction solution was concentrated with an evaporator to obtain yellow crystals. The crystals were washed with 100 mL of methanol to obtain 1.6 g of yellow crystals (yield: 99%).

1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ=7.48-7.52 (2H, m), 7.59 (1H, t, J=15.6 Hz), 7.67-7.73 (2H, m), 7.77 (1H, d, J=7.6 Hz), 8.01 (1H, d, J=8.4 Hz), 8.09 (1H, J=9.2 Hz), 8.17-8.26 (3H, m). 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.48-7.52 (2H, m), 7.59 (1H, t, J = 15.6 Hz), 7.67-7.73 (2H, m), 7.77 (1H, d, J) = 7.6 Hz), 8.01 (1H, d, J = 8.4 Hz), 8.09 (1H, J = 9.2 Hz), 8.17-8.26 (3H, m).

化合物(5)の合成
200mLナスフラスコに、3−ブロモペリレン(564mg、1.7mmol)、85mLのTHFを加え、−78℃のドライアイス−アセトン浴中で撹拌した。この溶液に、3mLのn−BuLi(4.8mmol)を滴下し、1時間攪拌した。その後、3−(N,N−ジメチルアミノ)アクロレイン(2g、20mmmol)を加え、終夜室温で攪拌した。反応溶液をエバポレーターで留去した。精製はシリカゲルカラムを使用し、溶離液として100%クロロホルムを用いて行った。微黄色の結晶220mg(収率:42.2%)を得た。
Synthesis of Compound (5) To a 200 mL eggplant flask, 3-bromoperylene (564 mg, 1.7 mmol) and 85 mL of THF were added, and the mixture was stirred in a dry ice-acetone bath at −78 ° C. 3 mL of n-BuLi (4.8 mmol) was added dropwise to this solution, and the mixture was stirred for 1 hour. Then, 3- (N, N-dimethylamino) acrolein (2 g, 20 m mmol) was added, and the mixture was stirred overnight at room temperature. The reaction solution was distilled off by an evaporator. Purification was performed using a silica gel column and 100% chloroform as an eluent. 220 mg (yield: 42.2%) of slightly yellow crystals were obtained.

1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ=6.87 (1H, dd, J=16.0, 8.8 Hz), 7.53 (2H, t, J=7.4 Hz), 7.62 (1H, t, J=4.0 Hz), 7.76 (2H, dd, J=8.8 Hz), 7.84 (1H, d, J=8.8 Hz), 8.05 (1H, d, J=8.4 Hz), 8.22-8.31 (5H, m), 9.86 (1H, d, J=8.4 Hz). 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ = 6.87 (1H, dd, J = 16.0, 8.8 Hz), 7.53 (2H, t, J = 7.4 Hz), 7.62 (1H, t, J = 4.0 Hz) , 7.76 (2H, dd, J = 8.8 Hz), 7.84 (1H, d, J = 8.8 Hz), 8.05 (1H, d, J = 8.4 Hz), 8.22-8.31 (5H, m), 9.86 (1H, 1H, d, J = 8.4 Hz).

化合物(6)の合成
300mLナスフラスコに、化合物(5)(220mg、0.7mmol)、マロノニトリル(190mg、2.9mmol)、55mLのジクロロエタンを加え撹拌し溶解させた。この溶液に、2.9mLのTiCl(2.9mmol)、700μLのピリジンを加え、終夜還流した。室温に戻した後、反応溶液をジクロロメタンで抽出し、抽出液をエバポレーターで留去した。精製はシリカゲルカラムを使用し、溶離液として100%クロロホルムを用いて行った。黒紫色の結晶60mg(収率:23.5%)を得た。
Synthesis of compound (6) Compound (5) (220 mg, 0.7 mmol), malononitrile (190 mg, 2.9 mmol) and 55 mL of dichloroethane were added to a 300 mL eggplant flask and dissolved by stirring. To this solution was added 2.9 mL of TiCl 4 (2.9 mmol) and 700 μL of pyridine and refluxed overnight. After returning to room temperature, the reaction solution was extracted with dichloromethane, and the extract was distilled off by an evaporator. Purification was performed using a silica gel column and 100% chloroform as an eluent. 60 mg of black-purple crystals (yield: 23.5%) were obtained.

1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ=7.41 (1H, t, J=13.0), 7.61 (3H, m), 7.76 (3H, m), 7.90 (1H, t, J=10.0 Hz), 7.98 (1H, d, J=8.0 Hz), 8.06 (1H, d, J =14.8 Hz), 8.23-8.32 (4H, m). 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.41 (1H, t, J = 13.0), 7.61 (3H, m), 7.76 (3H, m), 7.90 (1H, t, J = 10.0 Hz), 7.98 (1H, d, J = 8.0 Hz), 8.06 (1H, d, J = 14.8 Hz), 8.23-8.32 (4H, m).

実施例2:細胞内の脂肪滴の染色
化合物(7)、化合物(3)及び化合物(6)が、生細胞内の脂肪滴を特異的に染色できるか否かについて検討する目的で、脂肪滴が少ないがオレイン酸を添加することにより脂肪滴を誘導できるHeLa細胞及び脂肪滴含有量が高いHepG2細胞を用いて、脂肪滴の染色特性を検討した。
Example 2: Staining Lipid Droplets in Cells For the purpose of examining whether or not the compounds (7), (3) and (6) can specifically stain lipid droplets in living cells, lipid droplets. The staining characteristics of lipid droplets were investigated using HeLa cells that can induce lipid droplets by adding oleic acid and HepG2 cells that have a high lipid droplet content.

HeLa細胞をμ-slide 8 well(Ibidi)に播種し、血清培地で希釈した200μmol/Lオレイン酸を添加し、37℃、COインキュベーターにて一晩培養した。血清培地で希釈した0.1μmol/Lの化合物(7)及び化合物(3)、1μmol/Lの化合物(6)を添加し、30分インキュベートした。その後、共焦点顕微鏡で観察した。 HeLa cells were seeded in μ-slide 8 well (Ibidi), 200 μmol / L oleic acid diluted in serum medium was added, and the cells were cultured overnight in a CO 2 incubator at 37 ° C. Compound (7) and compound (3) diluted in serum medium and compound (6) of 1 μmol / L were added and incubated for 30 minutes. After that, it was observed with a confocal microscope.

HepG2細胞をμ-slide 8 well(Ibidi)に播種し、37℃、COインキュベーターにて一晩培養した。血清培地で希釈した0.1μmol/Lの化合物(7)及び化合物(3)、1μmol/Lの化合物(6)を添加し、30分インキュベートした。その後、共焦点顕微鏡で観察した。 HepG2 cells were seeded in μ-slide 8 well (Ibidi) and cultured overnight in a CO 2 incubator at 37 ° C. Compound (7) and compound (3) diluted in serum medium and compound (6) of 1 μmol / L were added and incubated for 30 minutes. After that, it was observed with a confocal microscope.

まず、200μMのオレイン酸処理によって脂肪滴を導入したHeLa細胞を用いて実験した。1μMの化合物(7)、化合物(3)及び化合物(6)をそれぞれ37℃で15分間インキュベートしたHeLa細胞について、共焦点顕微鏡を用いて評価した。結果を図1に示す。図1において、「DIC」は微分干渉像を、「FL」は蛍光像をそれぞれ示す(以下同様)。これらの結果から、細胞内に蛍光染色された部分が存在することが確認された。 First, an experiment was performed using HeLa cells into which lipid droplets were introduced by treatment with 200 μM oleic acid. HeLa cells in which 1 μM compound (7), compound (3) and compound (6) were incubated at 37 ° C. for 15 minutes were evaluated using a confocal microscope. The results are shown in FIG. In FIG. 1, “DIC” indicates a differential interference contrast image, and “FL” indicates a fluorescence image (the same applies hereinafter). From these results, it was confirmed that the fluorescently stained part was present in the cell.

同時に、市販の脂肪滴インジケータであるNile Red(100nM)との共染色実験から観察された蛍光より、化合物(3)は脂肪滴に局在していることを確認した(図2参照)。 At the same time, it was confirmed that compound (3) was localized in the lipid droplets from the fluorescence observed from the co-staining experiment with Nile Red (100 nM), which is a commercially available lipid droplet indicator (see FIG. 2).

また、Nile Red及び同じく市販の脂肪滴インジケータであるBODYPY 493/503を用いてイメージング比較を行った(図3参照)。化合物(7)、化合物(3)及び化合物(6)のいずれについても、細胞の一部のみについて蛍光像が観測されたのに対し、Nile RedとBODYPY 493/503を用いた場合、細胞質全体から蛍光像が得られた。この結果より、化合物(7)、化合物(3)及び化合物(6)を用いた場合、脂肪滴に対して特異的に蛍光イメージが得られることが確認された。 In addition, imaging comparison was performed using Nile Red and BODYPY 493/503, which is also a commercially available lipid droplet indicator (see FIG. 3). For all of compound (7), compound (3) and compound (6), fluorescence images were observed for only a part of the cells, whereas when Nile Red and BODYPY 493/503 were used, the whole cytoplasm was observed. A fluorescent image was obtained. From this result, it was confirmed that when compound (7), compound (3) and compound (6) were used, a fluorescent image was specifically obtained for lipid droplets.

さらに、脂肪滴の含有量が多いHepG2細胞を用いて、脂肪滴の染色24時間後の細胞の観察を行った。結果を図4に示す。Nile RedおよびBODYPY 493/503はいずれも細胞内滞留性が低く、染色から24時間経過後には、色素が細胞から漏出し、脂肪滴に特異的な蛍光像が観察できないのに対し、化合物(7)及び化合物(3)を用いた場合には、染色から24時間経過後も、脂肪滴に特異的な蛍光像を維持したままであり、細胞内滞留性が高く、脂肪滴の長期間の観察を可能であることが確認された。 Furthermore, using HepG2 cells having a high lipid droplet content, the cells were observed 24 hours after staining of the lipid droplets. The results are shown in FIG. Both Nile Red and BODYPY 493/503 have low intracellular retention, and 24 hours after staining, the dye leaks from the cells and a lipid droplet-specific fluorescent image cannot be observed, whereas the compound (7) ) And the compound (3), the fluorescent image specific to the lipid droplet is maintained even after 24 hours have passed from the staining, the intracellular retention is high, and the long-term observation of the lipid droplet is observed. It was confirmed that it is possible.

Claims (6)

下記の一般式(I)又は(II)で表される蛍光色素。
Figure 2021191807
Figure 2021191807
上記一般式(I)及び(II)において、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びRのうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかであり、
は、下記の一般式(i)、(ii)及び(iii)のいずれかで表される官能基であり、
Figure 2021191807
上記一般式(i)、(ii)及び(iii)において、
及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜10の、分岐及び不飽和結合の一方又は双方を含んでいてもよい炭化水素基であり、R及びRは、直接或いは炭素原子、酸素原子、窒素原子及び硫黄原子のいずれかを介して結合し、環を形成していてもよく、
及びRは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びRのうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかであり、
は、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、
及びR10は、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びR10のうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかである。
A fluorescent dye represented by the following general formula (I) or (II).
Figure 2021191807
Figure 2021191807
In the above general formulas (I) and (II), R 1 and R 2 are independently composed of a hydrogen atom, a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group, respectively. Selected from the group, at least one of R 1 and R 2 is any of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 3 is represented by the following general formula (i), a functional group represented by any one of (ii) and (iii),
Figure 2021191807
In the above general formulas (i), (ii) and (iii),
R 4 and R 5 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms and may contain one or both of a branched and unsaturated bond, and R 4 and R 5 are direct or carbon. It may be bonded via any of an atom, an oxygen atom, a nitrogen atom and a sulfur atom to form a ring.
R 6 and R 7 are independently selected from the group consisting of hydrogen atoms, cyano groups, formyl groups, aryl groups, substituted aryl groups, heteroaryl groups and substituted heteroaryl groups, and R 6 and R 7 are of the same. At least one of them is one of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 8 is selected from the group consisting of a hydrogen atom, a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 9 and R 10 are independently selected from the group consisting of hydrogen atoms, cyano groups, formyl groups, aryl groups, substituted aryl groups, heteroaryl groups and substituted heteroaryl groups, and R 9 and R 10 are of the same. At least one of them is any one of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
下記の式(1)〜(6)のいずれかで表されることを特徴とする請求項1に記載の蛍光色素。
Figure 2021191807
The fluorescent dye according to claim 1, wherein the fluorescent dye is represented by any of the following formulas (1) to (6).
Figure 2021191807
下記の一般式(I)又は(II)で表される1又は複数の蛍光色素を含む脂肪滴染色用組成物。
Figure 2021191807
Figure 2021191807
上記一般式(I)及び(II)において、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びRのうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかであり、
は、ホルミル基又は下記の一般式(i)、(ii)及び(iii)のいずれかで表される官能基であり、
Figure 2021191807
上記一般式(i)、(ii)及び(iii)において、
及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜10の、分岐及び不飽和結合の一方又は双方を含んでいてもよい炭化水素基であり、R及びRは、直接或いは炭素原子、酸素原子、窒素原子及び硫黄原子のいずれかを介して結合し、環を形成していてもよく、
及びRは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びRのうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかであり、
は、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、
及びR10は、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びR10のうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかである。
A composition for lipid droplet staining containing one or more fluorescent dyes represented by the following general formula (I) or (II).
Figure 2021191807
Figure 2021191807
In the above general formulas (I) and (II), R 1 and R 2 are independently composed of a hydrogen atom, a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group, respectively. Selected from the group, at least one of R 1 and R 2 is any of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 3 is formyl group or the following formula (i), a functional group represented by any one of (ii) and (iii),
Figure 2021191807
In the above general formulas (i), (ii) and (iii),
R 4 and R 5 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms and may contain one or both of a branched and unsaturated bond, and R 4 and R 5 are direct or carbon. It may be bonded via any of an atom, an oxygen atom, a nitrogen atom and a sulfur atom to form a ring.
R 6 and R 7 are independently selected from the group consisting of hydrogen atoms, cyano groups, formyl groups, aryl groups, substituted aryl groups, heteroaryl groups and substituted heteroaryl groups, and R 6 and R 7 are of the same. At least one of them is any of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 8 is selected from the group consisting of a hydrogen atom, a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 9 and R 10 are independently selected from the group consisting of hydrogen atoms, cyano groups, formyl groups, aryl groups, substituted aryl groups, heteroaryl groups and substituted heteroaryl groups, and R 9 and R 10 are of the same. At least one of them is any one of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
前記蛍光色素が、下記の式(1)〜(8)のいずれかで表されることを特徴とする請求項3に記載の脂肪滴染色用組成物。
Figure 2021191807
The composition for lipid droplet dyeing according to claim 3, wherein the fluorescent dye is represented by any of the following formulas (1) to (8).
Figure 2021191807
下記の一般式(I)又は(II)で表される1又は複数の蛍光色素を細胞内の脂肪滴の内部に導入する工程と、
脂肪滴の内部に導入された前記蛍光色素から放出される蛍光を測定する工程とを含むことを特徴とする細胞内脂肪滴のイメージング方法。
Figure 2021191807
Figure 2021191807
上記一般式(I)及び(II)において、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びRのうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかであり、
は、ホルミル基又は下記の一般式(i)、(ii)及び(iii)のいずれかで表される官能基であり、
Figure 2021191807
上記一般式(i)、(ii)及び(iii)において、
及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜10の、分岐及び不飽和結合の一方又は双方を含んでいてもよい炭化水素基であり、R及びRは、直接或いは炭素原子、酸素原子、窒素原子及び硫黄原子のいずれかを介して結合し、環を形成していてもよく、
及びRは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びRのうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかであり、
は、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、
及びR10は、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基からなる群より選択され、且つR及びR10のうち少なくとも一方は、シアノ基、ホルミル基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及び置換ヘテロアリール基のいずれかである。
The step of introducing one or more fluorescent dyes represented by the following general formula (I) or (II) into the intracellular lipid droplets, and
A method for imaging an intracellular lipid droplet, which comprises a step of measuring the fluorescence emitted from the fluorescent dye introduced into the lipid droplet.
Figure 2021191807
Figure 2021191807
In the above general formulas (I) and (II), R 1 and R 2 are independently composed of a hydrogen atom, a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group, respectively. Selected from the group, at least one of R 1 and R 2 is any of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 3 is formyl group or the following formula (i), a functional group represented by any one of (ii) and (iii),
Figure 2021191807
In the above general formulas (i), (ii) and (iii),
R 4 and R 5 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms and may contain one or both of a branched and unsaturated bond, and R 4 and R 5 are direct or carbon. It may be bonded via any of an atom, an oxygen atom, a nitrogen atom and a sulfur atom to form a ring.
R 6 and R 7 are independently selected from the group consisting of hydrogen atoms, cyano groups, formyl groups, aryl groups, substituted aryl groups, heteroaryl groups and substituted heteroaryl groups, and R 6 and R 7 are of the same. At least one of them is one of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 8 is selected from the group consisting of a hydrogen atom, a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
R 9 and R 10 are independently selected from the group consisting of hydrogen atoms, cyano groups, formyl groups, aryl groups, substituted aryl groups, heteroaryl groups and substituted heteroaryl groups, and R 9 and R 10 are of the same. At least one of them is any one of a cyano group, a formyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group.
前記蛍光色素が、下記の式(1)〜(8)のいずれかで表されることを特徴とする請求項5に記載の細胞内脂肪滴のイメージング方法。
Figure 2021191807
The method for imaging intracellular lipid droplets according to claim 5, wherein the fluorescent dye is represented by any of the following formulas (1) to (8).
Figure 2021191807
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