JP3157053B2 - Method for identifying the binding mode of a DNA agent - Google Patents

Method for identifying the binding mode of a DNA agent

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JP3157053B2
JP3157053B2 JP27237792A JP27237792A JP3157053B2 JP 3157053 B2 JP3157053 B2 JP 3157053B2 JP 27237792 A JP27237792 A JP 27237792A JP 27237792 A JP27237792 A JP 27237792A JP 3157053 B2 JP3157053 B2 JP 3157053B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、DNA作用物質の結合
様式特定方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for specifying a binding mode of a DNA substance.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明に至った経緯】DNAは、生物
にとって必須の生体情報を担った物質である。なかで
も、DNAの複製、転写は生物の生存に必要不可欠なも
のである。
2. Description of the Related Art DNA is a substance that carries essential biological information for living organisms. Above all, replication and transcription of DNA are indispensable for the survival of an organism.

【0003】DNAは、1871年に、ライン川の鱒の精子
から発見され、1943年に、DNAが細菌の遺伝形質を変
換し得る遺伝学的物質である事が証明された。さらに、
1953年DNAが相補的二重螺旋構造を形成しているとい
う仮説が出され、そのことが証明されるに至って、DN
Aに関する研究は加速度的に進展した。
[0003] DNA was discovered in 1871 from the sperm of trout in the Rhine, and in 1943 it was proved that DNA was a genetic material capable of converting bacterial heritable traits. further,
In 1953, it was hypothesized that DNA forms a complementary double-helix structure.
Research on A has accelerated.

【0004】これらのDNAに関する研究の進展によっ
て、これまで人類を悩ませていた様々な疾病の多くがD
NAに関係していることが明らかにされてきた。その中
でもガンの発生機構が明らかになるにつれて、ガンがD
NAレベルの疾病であることがわかってきた。そのため
ガン治療に使われる薬物(抗ガン剤)にはDNAに作用
するものが多い。これらDNA作用性の抗ガン剤の多く
はDNAの複製、転写の阻害剤であり、その効果はガン
細胞の増殖を止めたり、壊死に至らしめたりすることが
知られている。しかし、抗ガン剤のほとんどは強い副作
用や、正常細胞とガン細胞との選択性がそれほど大きく
ないなどの問題を抱えている。近年では副作用が小さ
く、選択性に富む新しい薬物を発見あるいは開発しよう
とする試みが盛んである。DNA作用薬物の構造や結合
様式などの作用機構が解明されて来るにつれて、これら
の知見を生かして薬物の分子設計も積極的に行われ、副
作用や選択性の問題に対応する試みも行われている。こ
のためDNA作用薬物の結合様式に関する知見を得るこ
とは極めて有用なことといえる。また、次々と発見、作
り出される薬物の中にはその結合様式が明らかでないも
のもある。以上の状況を反映し、DNA作用薬物の簡便
なスクリーニング法が求められている。
[0004] With the progress of research on these DNAs, many of the various diseases that have afflicted humans until now have become D-type.
It has been revealed that it is related to NA. Among them, as the mechanism of cancer generation becomes clear,
It has turned out to be an NA level disease. Therefore, many drugs (anticancer drugs) used for cancer treatment act on DNA. Many of these DNA-acting anticancer agents are inhibitors of DNA replication and transcription, and their effects are known to stop the growth of cancer cells or lead to necrosis. However, most of the anticancer drugs have problems such as strong side effects and a low selectivity between normal cells and cancer cells. In recent years, there have been many attempts to discover or develop new drugs with small side effects and high selectivity. As the mechanism of action, such as the structure and binding mode of DNA-acting drugs, is elucidated, the molecular design of drugs will be actively pursued based on these findings, and attempts will be made to address the side effects and selectivity issues. I have. For this reason, it can be said that obtaining knowledge on the binding mode of a DNA-acting drug is extremely useful. In addition, some of the drugs discovered and created one after another have unclear binding modes. In view of the above circumstances, a simple screening method for drugs acting on DNA has been demanded.

【0005】一般的な抗ガン剤のスクリーニングは表1
に示すような様式で行われている。
[0005] Screening of general anticancer drugs is shown in Table 1.
It is performed in the style as shown in

【0006】[0006]

【表1】 [Table 1]

【0007】表1の in vivoでのスクリーニングは薬効
が明らかになるまでに時間がかかる。一方、in vitroで
のスクリーニングは直接ガン細胞に対しての薬効は明ら
かにならないが、短時間で結果を知ることができるため
数多くのスクリーニングを行わなければならないときに
有利である。現在、開発されている数多くのDNA作用
性薬物の一次スクリーニングには短時間で多数のスクリ
ーニングが要求されるためin vitroで行うのが適当と思
われる。前述したように最近では、既存の薬物の結合様
式に関する知見にもとずき、分子設計や、化学修飾とい
った方法で薬効を高める試みが盛んに行われ、新たに発
見、開発される新薬も数多く存在する。
[0007] The in vivo screening of Table 1 takes a long time to elucidate the efficacy. On the other hand, in vitro screening has no direct effect on cancer cells, but it is advantageous when a large number of screenings have to be performed because the results can be known in a short time. At present, primary screening of a large number of DNA-acting drugs being developed requires a large number of screenings in a short period of time, so it seems appropriate to carry out in vitro. As mentioned above, recently, based on the knowledge on the binding mode of existing drugs, there are many attempts to enhance the drug efficacy by methods such as molecular design and chemical modification, and many new drugs are newly discovered and developed. Exists.

【0008】ところで、このようなDNA作用薬物の結
合様式には様々なものがある。ここでは一般的に知られ
ている薬物を例に説明する。結合様式には大きく分けて
次の四つが挙げられる。
[0008] By the way, there are various binding modes of such a DNA-acting drug. Here, a commonly known drug will be described as an example. The binding modes are roughly classified into the following four.

【0009】DNA分子の溝(major groove, minor
groove)に沿って結合するもの(ディスタマイシン、ネ
トロプシンなど)。 DNAにインターカレートするもの(アクチノマイシ
ンD、ダウノマイシンなど)。 DNA側鎖に結合するもの(マイトマイシンC、シス
プラチンなど)。 DNAに結合し酵素のようにDNAを切断するもの
(プレオマイシンなど)。
[0009] Major groove, minor groove of DNA molecule
Groove) (distamycin, netropsin, etc.). Those that intercalate into DNA (actinomycin D, daunomycin, etc.). Those that bind to DNA side chains (mitomycin C, cisplatin, etc.). Those that bind to DNA and cut the DNA like enzymes (such as pleomycin).

【0010】ところで、本発明者らは、これまでDNA
にインターカレートする蛍光物質をプローブとして抗ガ
ン剤や抗ウイルス剤の1次スクリーニングに応用する研
究を進めていた。アクリジンオレンジ、エチジウムブロ
ミドなどのDNA結合性の蛍光プローブを利用したDN
Aの検出法や分析法は高感度かつ簡便なことから近年の
遺伝子工学において汎用されている。
By the way, the present inventors have proposed DNA
Research has been underway to apply a fluorescent substance intercalating as a probe to primary screening of anticancer and antiviral agents. DN using a DNA-binding fluorescent probe such as acridine orange and ethidium bromide
A detection and analysis methods of A are widely used in recent genetic engineering because of their high sensitivity and simplicity.

【0011】蛍光性インターカレーターを利用した蛍光
プローブ法は現在DNA検出法および分析法の一つとし
て広く使用されている。その理由は、ラジオアイソトー
プを使用しないために操作が簡便である、高価な設備を
必要としない、などの利点があるためである。こうした
蛍光プローブとしてはエチジウムブロミド、アクリジン
オレンジなどがよく知られている。これらの蛍光色素は
一様に芳香族環などから成る平面構造を持ち、DNAの
塩基対間に挿入(インターカレート)され、インターカ
レートすることで蛍光特性に変化が生じる。多くの場合
は蛍光強度が大きく増大する。この蛍光強度の増大を利
用してDNAの有無の判別や、DNAの定量に利用する
のが一般的である。
The fluorescent probe method using a fluorescent intercalator is now widely used as one of DNA detection methods and analysis methods. The reason is that there is an advantage that the operation is simple because no radioisotope is used, and that expensive equipment is not required. As such a fluorescent probe, ethidium bromide, acridine orange and the like are well known. These fluorescent dyes uniformly have a planar structure composed of an aromatic ring or the like, are inserted (intercalated) between base pairs of DNA, and the fluorescence characteristics are changed by intercalation. In many cases, the fluorescence intensity greatly increases. It is common to utilize this increase in fluorescence intensity to determine the presence or absence of DNA and to quantify DNA.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】蛍光プローブを用いれ
ば、DNA作用物質の分析がある程度可能となるが、こ
の蛍光プローブを用いた方法では、微量分析が不可能で
あったり、分析精度に限界があったりするため、さらに
進んだDNA作用物質の分析方法が望まれていた。
The use of a fluorescent probe makes it possible to analyze a DNA substance to some extent. However, the method using this fluorescent probe makes it impossible to perform a trace analysis or limits the analytical accuracy. For this reason, there has been a demand for a more advanced method of analyzing a DNA agent.

【0013】そこで、本発明は、上記したようにDNA
作用物質のDNAへの作用の形態、すなわち結合様式の
多様性に着目し、DNA作用物質の分析のため、この結
合様式を特定する方法を提供することを目的とするもの
である。
Therefore, the present invention provides a DNA
It is an object of the present invention to provide a method for identifying a binding mode for the analysis of a DNA agent, focusing on the mode of action of the agent on DNA, that is, the diversity of binding modes.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】最近、DNAに対し結合
する金属錯体としてルテニウム錯体(Ru(phen)3 2+
ど)が注目を集めている。このルテニウムの錯体は平面
的な分子構造を持つ三つのリガンドを持ち、そのうち一
つがDNAにインターカレートすることでDNAに結合
することが知られている( J.K.Barton, Sience, 233 ,
727 (1986)) 。また、ルテニウム錯体のうちフェナント
ロリンをリガンドとして持つものは電気化学的酸化還元
に伴い発光を行い、DNAの共存下ではDNAによる電
気化学反応の阻害が起こるため、発光強度が減少するこ
とが報告されている(M.T.Carter, A.J.Bard, Bioconjug
ate Chem., 1, 257 (1990)) 。すなわち、ルテニウム錯
体はDNAに作用し、かつ電気化学発光を行うという二
つの性質を合わせ持っていると言える。
A solution for the] Recently, metal complexes attached to DNA ruthenium complex (such as Ru (phen) 3 2+) has attracted attention. This ruthenium complex has three ligands with a planar molecular structure, one of which is known to bind to DNA by intercalating into DNA (JKBarton, Sience, 233 ,
727 (1986)). In addition, among the ruthenium complexes having phenanthroline as a ligand, it is reported that luminescence is caused by electrochemical redox, and in the presence of DNA, the electrochemical reaction is inhibited by DNA, so that the luminescence intensity is reduced. (MTCarter, AJBard, Bioconjug
ate Chem., 1 , 257 (1990)). That is, it can be said that the ruthenium complex has the two properties of acting on DNA and performing electrochemiluminescence.

【0015】そこで検討を行ったところ、ルテニウム錯
体もエチジウムプロミドなどの蛍光プローブと同様にD
NAに対する作用物質の分析に利用できること、すなわ
ち、ルテニウム錯体をDNAに作用する薬物に対するプ
ローブとして用い得ることを確認し、本発明に至った。
Investigations have shown that the ruthenium complex also has a D value similar to that of a fluorescent probe such as ethidium bromide.
The present inventors have confirmed that the present invention can be used for analysis of an agent for NA, that is, that a ruthenium complex can be used as a probe for a drug acting on DNA, and thus the present invention has been accomplished.

【0016】本発明は、次の(1)〜(6)に示される
ものである。 (1)試料液中のDNA作用物質のDNAへの結合様式
を特定する方法において、前記試料液中にルテニウム錯
体を分散させ、これに電流を印加することにより電気化
学的に発光させ、その発光の状態により、前記DNA作
用物質のDNAへの結合様式を特定することを特徴とす
るDNA作用物質の結合様式特定方法。 (2)DNA作用物質の増量により、発光量が増大する
場合、該DNA作用物質がDNAのメジャーグルーブへ
結合していると判定し、一方、発光量が実質的に増大し
ない場合、メジャーグルーブ以外に結合していると判定
する上記(1)のDNA作用物質の結合様式特定方法。 (3)前記ルテニウム錯体として、フェナントロリン系
化合物をリガンドとして持つルテニウム錯体を使用する
上記(1)または(2)のDNA作用物質の結合様式特
定方法。 (4)前記DNAとして、B型DNAを用い、このB型
DNAに、ルテニウム錯体のΔ体が結合することを利用
する上記(1)ないし(3)のいずれかのDNA作用物
質の結合様式特定方法。 (5)前記試料液中に、シュウ酸塩を共存させる上記
(1)ないし(4)のいずれかのDNA作用物質の結合
様式特定方法。 (6)前記電流の印加方法として、ポテンシャルステッ
プ法を用いる上記(1)ないし(5)のいずれかのDN
A作用物質の結合様式特定方法。
The present invention is shown in the following (1) to (6). (1) In the method for specifying the binding mode of a DNA substance in a sample solution to DNA, a ruthenium complex is dispersed in the sample solution, and a current is applied to the ruthenium complex to cause electrochemical emission of light. A method for identifying the binding mode of a DNA agent, comprising identifying the binding mode of the DNA agent to DNA according to the state of (1). (2) If the amount of luminescence increases due to an increase in the amount of the DNA agent, it is determined that the DNA agent has bound to the major groove of the DNA, while if the amount of luminescence does not substantially increase, other than the major groove (1) The method for identifying a binding mode of a DNA substance according to (1) above, wherein (3) The method for identifying a binding mode of a DNA substance according to (1) or (2), wherein a ruthenium complex having a phenanthroline compound as a ligand is used as the ruthenium complex. (4) B-type DNA is used as the DNA, and the binding mode identification of the DNA agent according to any one of (1) to (3) above, utilizing the fact that a Δ-form of a ruthenium complex binds to the B-type DNA Method. (5) The method according to any one of (1) to (4), wherein the oxalate is coexistent in the sample solution. (6) The DN according to any one of (1) to (5) above, wherein a potential step method is used as a method for applying the current.
Method for specifying the binding mode of A-active substance.

【0017】[0017]

【作用】上記したように、プローブとして用いたルテニ
ウム錯体がDNAに作用して、発光することで、DNA
作用物質を分析することができ、しかも、その発光が電
気化学発光であるので、電気的制御が可能である。した
がって、装置のシステム化が容易になり、DNA作用物
質の分析が精度よく、しかも効率よく行うことができる
ようになる。
As described above, the ruthenium complex used as a probe acts on DNA and emits light, so that
Since the active substance can be analyzed and its luminescence is electrochemiluminescence, electrical control is possible. Therefore, systematization of the device is facilitated, and analysis of a DNA substance can be performed accurately and efficiently.

【0018】[0018]

【発明の具体的な説明】本発明においては、DNA作用
物質の分析のためのプローブとして電気化学発光プロー
ブであるルテニウム錯体を使用する。ルテニウム錯体
は、三つのリガンドを持っている。そのリガンドの結合
様式の違いによって二つの鏡像体(Λ体、Δ体)が存在
する。一方、DNAにはB型、A型、Z型の三つの異性
体が存在する。B型DNAは生体内においてもっとも一
般的に存在する型のDNAであり右巻き螺旋で広いメジ
ャーグルーブ、狭いマイナーグルーブを持っている。A
型DNAは同じ右巻き螺旋であるが、B型と比べ分子自
身が短くて太く、深いメジャーグループと浅く広いマイ
ナーグルーブを持つという特徴がある。ところが、Z型
DNAはB型、A型と異なり左巻き螺旋構造を持ち、浅
いメジャーグルーブと、深く狭いマイナーグルーブを持
っている。Bartonらのグループは、最初、ルテニウムの
フェナントロリン錯体の二つの鏡像体のうちのΔ体がB
型DNAに対し優先的に結合することを示した( J.K.Ba
rton, Sience, 233 , 727 (1986)) 。その結合様式を図
1に示す。B型DNAに結合したルテニウム錯体の二つ
の図は同じ状態の分子であり、それぞれは90°回転した
アングルから見た図である。図の上部に位置する錯体は
Δ体であり三つのリガンドのうち一つがメジャーグルー
ブ側からインターカレートした状態で結合している(図
右および左)。図の下部にあるのはΛ体でありマイナー
グルーブに静電的に配位している。よって、より安定な
Δ体が優先的にB型DNAに対し結合することになる。
Δ体がインターカレートでき、Λ体ができないのはイン
ターカレートしない残り二つのリガンドがΛ体ではメジ
ャーグルーブに沿わずに立体障害を起こしてしまうから
であると思われる。リガンドをフェナントロリンからよ
り大きな分子であるジフェニルフェナントロリンへと交
換し、Δ、Λ体両者の違いを際立たせるとB型DNAへ
のΔ体の優先度がさらに高まり、逆にΛ体が左巻き螺旋
のZ型DNAを識別することが明らかにされている。こ
のことは、先に述べたインターカレートしていない二つ
のリガンドによるDNA分子の溝に対する立体障害が分
子識別に重要な役割を果たしていることを示している。
また中心金属をルテニウムからコバルトに変換すれば、
この金属錯体がDNAを切断する能力を持つようになる
ことも報告されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In the present invention, a ruthenium complex which is an electrochemiluminescent probe is used as a probe for analyzing a DNA substance. Ruthenium complexes have three ligands. There are two enantiomers (Λ- and Δ-isomers) depending on the difference in the binding mode of the ligand. On the other hand, DNA has three isomers of type B, type A and type Z. B-type DNA is the most common type of DNA in vivo, and has a right-handed spiral with a wide major groove and a narrow minor groove. A
The type DNA has the same right-handed helix, but has a feature that the molecule itself is shorter and thicker than type B, and has a deep major group and a shallow and wide minor groove. However, unlike B-type and A-type, Z-type DNA has a left-handed spiral structure, and has a shallow major groove and a deep and narrow minor groove. Barton et al. First reported that the Δ-form of the two enantiomers of the ruthenium phenanthroline complex was B
Binding to type DNA (JKBa
rton, Sience, 233 , 727 (1986)). The binding mode is shown in FIG. The two figures of the ruthenium complex bound to type B DNA are molecules in the same state, each viewed from an angle rotated 90 °. The complex located at the top of the figure is a Δ-form, and one of the three ligands is bound in a state intercalated from the major groove side (right and left in the figure). At the bottom of the figure is a solid, which is electrostatically coordinated with the minor groove. Therefore, the more stable Δ-form preferentially binds to B-type DNA.
The reason that the Δ-isomer can be intercalated and the Λ-isomer cannot be thought to be because the remaining two ligands that do not intercalate cause steric hindrance along the major groove in the Λ-isomer. Replacing the ligand from phenanthroline with a larger molecule, diphenylphenanthroline, highlighting the differences between the Δ and Λ form further increases the preference of the Δ form over B-type DNA, while the Λ form is a left-handed spiral Z It has been shown to identify type DNA. This indicates that the steric hindrance to the groove of the DNA molecule by the two non-intercalating ligands described above plays an important role in molecular recognition.
If you change the central metal from ruthenium to cobalt,
It has also been reported that this metal complex becomes capable of cleaving DNA.

【0019】ルテニウム錯体は以上に示したようなDN
Aに対する相互作用以外に電気化学発光を行う物質とし
て知られており、特にビピリジンをリガンドとして持つ
錯体の電気化学発光がある。上に述べた Ru(phen)3 2+
Ru(bpy)3 2+と同様に電気化学発光する。BardらはDNA
共存下における Ru(phen)3 2+の電気化学発光はDNA量
の増大と共に減少してゆくことを示している( M.T.Cart
er, A.J.Bard, Bioconjugate Chem., 1, 257 (1990))。
発光量が減少するのは、ルテニウム錯体がDNAと結合
することによって電極との反応が行えなくなるためと思
われる。しかし、彼らはこのルテニウム錯体をDNAの
定量のためのプローブとして用い、本発明のように、D
NA作用物質の分析には使用していない。
The ruthenium complex is DN as shown above.
It is known as a substance that performs electrochemiluminescence in addition to the interaction with A, and in particular, there is electrochemiluminescence of a complex having bipyridine as a ligand. Ru described above (phen) 3 2+ also
Ru (bpy) 3 2+ and likewise electrochemiluminescence. Bard et al. DNA
Electrochemiluminescence Ru (phen) 3 2+ in the presence indicates that slide into decreases with increasing amount of DNA (MTCart
er, AJ Bard, Bioconjugate Chem., 1 , 257 (1990)).
It is considered that the decrease in the amount of luminescence is due to the fact that the ruthenium complex binds to the DNA and cannot react with the electrode. However, they used this ruthenium complex as a probe for DNA quantification and, as in the present invention,
Not used for analysis of NA agonists.

【0020】以上のような結果はルテニウム錯体がDN
Aに対し相互作用を持つプローブであり、かつ電気化学
発光を行う物質であることを示している。
The above results indicate that the ruthenium complex is DN
This indicates that the probe has an interaction with A and is a substance that performs electrochemiluminescence.

【0021】ここでルテニウム錯体の性質についてこれ
まで述べてきたことを要約すると、次のようである。
The following summarizes what has been described about the properties of the ruthenium complex.

【0022】DNA分子に対し結合する。電気化学
発光する。DNA共存下に電気化学発光は減少する。
一方、抗ガン剤、抗ウイルス剤として使用される薬物の
中にもルテニウム錯体のようにDNAと相互作用を持つ
ものが多い。すなわち、ルテニウム錯体とDNA作用性
薬物との接点は、両者とも“DNAとの相互作用”を有
するところにあるといえる。そこで発明者らは、DNA
に結合した薬物はルテニウム錯体のインターカレーショ
ンを阻害するのではないかと推測した。DNAに結合し
た薬物によってインターカレーションを阻害された状態
でのルテニウム錯体の電気化学発光特性は薬物の結合様
式によって変化すると思われる。これにより発光特性の
変化から薬物の結合様式についての知見を得、さらにD
NA結合薬物のスクリーニングに適用できるのではない
かと考えた。
Binds to a DNA molecule. Electrochemiluminescence. Electrochemiluminescence decreases in the presence of DNA.
On the other hand, many drugs used as anticancer drugs and antiviral drugs have an interaction with DNA, such as ruthenium complexes. In other words, it can be said that the contact point between the ruthenium complex and the DNA-acting drug is that both have "interaction with DNA". Therefore, the inventors have proposed DNA
It was speculated that the drug bound to may inhibit the intercalation of the ruthenium complex. It is believed that the electrochemiluminescence properties of the ruthenium complex in a state where the intercalation is inhibited by the drug bound to DNA change depending on the binding mode of the drug. As a result, a change in the luminescence characteristics was obtained, and a knowledge of the binding mode of the drug was obtained.
We thought that it could be applied to screening for NA-binding drugs.

【0023】図2にその評価原理を示す。所定量の薬物
(A、B)をDNAと結合させた後、 Ru(phen)3 2+を添
加すると薬物の種類、量に応じて錯体が結合する。つま
り、薬物が結合したDNAに対してはルテニウム錯体の
結合が阻害され、未結合の錯体量が増大する。薬物A、
BはDNAに対する作用が異なるため未結合の錯体量も
異なる。DNAがルテニウム錯体の電気化学反応を阻害
するならば、未結合の錯体量が発光量を反映するはずで
ある。以上のことから、薬物の種類により発光特性が変
化すると思われ、それによって薬物の評価もできる。
FIG. 2 shows the principle of the evaluation. After a predetermined amount of the drug (A, B) were bound to DNA, Ru (phen) 3 added to the type of drug 2+, complex binds according to the amount. That is, the binding of the ruthenium complex to the DNA bound with the drug is inhibited, and the amount of the unbound complex increases. Drug A,
Since B has a different action on DNA, the amount of unbound complex also differs. If DNA inhibits the electrochemical reaction of the ruthenium complex, the amount of unbound complex should reflect the amount of luminescence. From the above, it is considered that the luminescence characteristics change depending on the type of the drug, whereby the drug can be evaluated.

【0024】本発明においては、前記したように電気化
学発光プローブとしてルテニウム錯体を利用する。
In the present invention, as described above, a ruthenium complex is used as an electrochemiluminescent probe.

【0025】プローブとして利用する Ru(phen)3 2+の電
気化学発光の反応機構の詳細は必ずしも明かでないが、
同じルテニウムの錯体でビピリジンをリガンドとしたRu
(bpy)3 2+と同様にして発光するとされている。Ru(bpy)3
2+は化1のような反応経路を経て発光する。
[0025] The details of Ru (phen) 3 2+ electrochemiluminescence reaction mechanism to be used as a probe no necessarily clear,
Ru with the same ruthenium complex and bipyridine as ligand
(bpy) 3 2+ and is the element emits light in a similar manner. Ru (bpy) 3
2+ emits light through a reaction route as shown in Chemical formula 1.

【0026】[0026]

【化1】 Embedded image

【0027】Bardらは、シュウ酸塩存在下の Ru(phen)3
2+の電気化学発光が化2のような経路を経ると説明し
た。
Bard et al. Disclose Ru (phen) 3 in the presence of oxalate.
It has been described that the electrochemiluminescence of 2+ goes through a route as shown in Chemical formula 2.

【0028】[0028]

【化2】 Embedded image

【0029】化2に示した反応経路において、発光の引
き金になるのは1)の反応である。1)式に示される R
u(phen)3 2+の酸化反応は銀/塩化銀参照電極に対して約
+1.5V以上において起る。ルテニウム錯体の電気化学発
光はDNAが共存した場合に減少し、発光量は加えたD
NA量に応じて減少する関係にある。これはルテニウム
錯体がDNAと結合したため1)、あるいは4)式に示
すような反応において結合しているDNA分子によって
電極/ Ru(phen)3 2+間、CO2 .-/ Ru (phen)3 2+間の電
子移動が抑制されるためと思われる。Bardらは Ru(phe
n)3 2+の電気化学発光をDNAの定量に利用しようとし
たが、発光量が高感度測定に使用できるほど大きくない
と指摘している。本発明者らはこの発光反応をDNAの
定量ではなく、DNAに作用する薬物の作用機構を評価
し、それによって反対に薬物を特定することを考え、い
くつかの薬物のDNAとの相互作用を知ることを目的と
した。
In the reaction route shown in Chemical formula 2, the reaction of 1) triggers light emission. 1) R shown in equation
oxidation of u (phen) 3 2+ occurs at least about + 1.5V relative to the silver / silver reference chloride electrode. The electrochemiluminescence of the ruthenium complex decreases when DNA coexists, and the luminescence is
There is a relationship of decreasing according to the NA amount. This is because the ruthenium complex has bound to the DNA, 1) or 4) CO 2 .− / Ru (phen) 3 between the electrode / Ru (phen) 3 2+ due to the bound DNA molecule in the reaction shown in equation (4) . This is probably because electron transfer between 2+ is suppressed. Bard et al. Ru (phe
n) Although the electrochemiluminescence 3 2+ were attempts to use the quantitation of DNA, that said the light emission amount is not large enough for the high sensitivity measurement. The present inventors evaluated this luminescence reaction not by quantification of DNA, but by evaluating the mechanism of action of a drug acting on DNA, and considering the possibility of identifying the drug in reverse. The purpose was to know.

【0030】1例として、ここでは、 Ru(phen)3 2+の電
気化学発光特性、およびλDNA共存下における Ru(ph
en)3 2+の発光特性を説明する。
[0030] As an example, here, Ru (phen) electrochemiluminescence characteristics of 3 2+, and Ru in λDNA presence (ph
en) illustrating the emission characteristics of the 3 2+.

【0031】近年、DNA作用薬物とDNAとの間の結
合様式に関する知見が得られるようになるにつれ、これ
らの知見をもとにした新たな薬物の分子設計や、化学修
飾を行おうという試みが盛んに行われている。
In recent years, as knowledge about the binding mode between a DNA-acting drug and DNA has become available, attempts have been made to molecularly design and chemically modify new drugs based on these findings. It is being actively performed.

【0032】結合様式をもとに分子設計を行い、新たな
機能を持つ薬物を開発した例としてブレオマイシンの改
良がある。また、結合様式をもとに化学修飾を行うこと
で副作用などの問題の解決を試みた例としては、白金の
錯体であるシスプラチンがあり、広範囲な抗ガン作用を
持つ薬物として知られ、様々なガンの治療に使用されて
いる。これらの抗ガン剤、抗ウイルス剤の化学構造を図
3に示しておく。
As an example of developing a drug having a new function by designing a molecule based on a binding mode, there is an improvement of bleomycin. In addition, examples of attempts to solve problems such as side effects by performing chemical modification based on the binding mode include cisplatin, a complex of platinum, which is known as a drug with a wide range of anticancer effects. Used to treat cancer. FIG. 3 shows the chemical structures of these anticancer agents and antiviral agents.

【0033】こうした薬物開発における化学的アプロー
チは近年、非常な注目を集めている。本発明は、DNA
作用薬物の結合様式についての情報を得る手段としての
電気化学発光プローブによる分析に関するものである。
Such a chemical approach to drug development has received a great deal of attention in recent years. The present invention relates to DNA
The present invention relates to an analysis using an electrochemiluminescent probe as a means for obtaining information on the binding mode of an active drug.

【0034】DNA作用薬物の共存下における電気化学発光の測定法 前述したようにルテニウム錯体はDNAと結合すると、
DNA分子の立体障害によって発光が減少する。このよ
うな系においてDNAに結合するような薬物が共存した
場合、ルテニウム錯体と薬物は共にDNAに結合するの
でお互いに相手がDNAに結合するための障害となるも
のと思われる。一方、DNA共存下でのルテニウム錯体
の電気化学発光量は遊離状態のルテニウム錯体量を表し
ていると推測される。後に詳細に説明するが、例えば、
図4に、λDNA共存下におけるルテニウム錯体の電気
化学発光特性を示した。
Measurement of Electrochemiluminescence in the Presence of a DNA Agonist As described above, when a ruthenium complex binds to DNA,
Light emission is reduced due to steric hindrance of the DNA molecule. When a drug that binds to DNA coexists in such a system, the ruthenium complex and the drug both bind to DNA, and therefore, it is considered that they interfere with each other to bind to DNA. On the other hand, the amount of electrochemiluminescence of the ruthenium complex in the presence of DNA is presumed to represent the amount of the ruthenium complex in the free state. As will be described in detail later, for example,
FIG. 4 shows the electrochemiluminescence characteristics of the ruthenium complex in the presence of λDNA.

【0035】あらかじめ薬物が結合しているDNAに対
しルテニウム錯体を添加した場合、すでにDNAに結合
している薬物によって錯体の新たな結合は阻害される。
このとき遊離状態のルテニウム錯体の量は、錯体のみが
DNAに結合した場合に比べると増加しているものと思
われる。遊離状態にある錯体量は電気化学発光させるこ
とにより定量できるので、発光の増加はDNAへの結合
を薬物によって阻害された遊離状態のルテニウム錯体量
の増加に対応することになる。このような薬物による錯
体のDNAへの結合阻害は薬物の結合様式によって異な
ってくるはずである。
When a ruthenium complex is previously added to DNA to which a drug is bound, new binding of the complex is inhibited by the drug that has already bound to the DNA.
At this time, the amount of the ruthenium complex in the free state seems to have increased as compared with the case where only the complex bound to DNA. Since the amount of complex in the free state can be quantified by electrochemiluminescence, an increase in luminescence will correspond to an increase in the amount of free ruthenium complex whose binding to DNA has been inhibited by the drug. The inhibition of the binding of the complex to DNA by such a drug should differ depending on the binding mode of the drug.

【0036】この仮説をもとにした測定原理を図5に示
す。図のA)の場合は、ルテニウム錯体のみ系中に存在
した場合の電気化学発光である。図の右方に示す棒グラ
ブはA)の場合の発光量を表している。ここでは、この
発光量を基準としてDNA、薬物が共存する場合の発光
量をそれぞれ相対評価することとする。図のB)の場合
はDNA共存下における発光である。上記図に示したよ
うにルテニウム錯体がDNAに結合すると立体障害が起
こるため、図5のB)の右方のグラフのように発光量は
減少する。そのときの発光量は遊離状態にあるルテニウ
ム錯体の量を表している。C)、およびD)の場合はあ
らかじめ薬物A、Bが作用したDNAの共存下での発光
である。C)、D)のそれぞれの系では結合様式の異な
る薬物A、Bを想定する。薬物に対しDNAを混合する
と、薬物A、Bはそれぞれの結合様式に従ってDNAに
結合する。引き続いてルテニウム錯体を添加した場合、
すでにDNAに結合している薬物A、Bによってルテニ
ウム錯体の結合は阻害され遊離状態にある錯体数はB)
の場合に比べて増加する(例えばB)における遊離の錯
体数は1個、C)は2個、D)は4個)。よって発光量
もB)に比べ増大する(その様子をそれぞれの図の右部
にある棒グラフで模式的に示す)。C)の発光量と、
D)の発光量には違いがある。これは薬物A、Bはそれ
ぞれ結合様式が異なり、薬物Aは薬物Bに比べルテニウ
ム錯体のDNAへの結合を阻害する効果が弱いために遊
離の錯体数に違いが現れるためと考えられる。すなわ
ち、発光量の違いが結合様式(この場合は結合数の違
い)の違いを表しており、これを利用することで薬物の
結合様式を特定することができる。
FIG. 5 shows a measurement principle based on this hypothesis. The case A) in the figure is the electrochemiluminescence when only the ruthenium complex is present in the system. The bar grab on the right side of the figure indicates the light emission amount in the case of A). Here, based on this light emission amount, the light emission amount when DNA and drug coexist is to be relatively evaluated. In the case B) of the figure, luminescence is observed in the presence of DNA. As shown in the above figure, when the ruthenium complex binds to DNA, steric hindrance occurs, so that the amount of luminescence decreases as shown in the right graph of FIG. 5B). The luminescence amount at that time indicates the amount of the ruthenium complex in a free state. C) and D) show luminescence in the presence of DNA on which drugs A and B have previously acted. In each of the systems C) and D), drugs A and B having different binding modes are assumed. When DNA is mixed with a drug, drugs A and B bind to the DNA according to the respective binding modes. If the ruthenium complex is subsequently added,
The binding of the ruthenium complex is inhibited by the drugs A and B already bound to the DNA, and the number of complexes in the free state is B)
(E.g., one free complex in B), two in C) and four in D). Therefore, the light emission amount also increases as compared with B) (the state is schematically shown by a bar graph at the right of each figure). C) light emission amount,
There is a difference in the light emission amount of D). This is presumably because drugs A and B have different binding modes, and drug A has a weaker effect of inhibiting binding of a ruthenium complex to DNA than drug B, so that a difference appears in the number of free complexes. That is, the difference in the amount of light emission indicates the difference in the binding mode (in this case, the difference in the number of bonds), and by using this, the binding mode of the drug can be specified.

【0037】実験例 以下、添付図面を参照しつつ、本発明の作用を確認する
ための実験例について説明する。
Experimental Example Hereinafter, an experimental example for confirming the operation of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

【0038】測定方法および装置試薬および測定装置 試薬には次のようなものを使用した。λDNA(バクテ
リオファージλ cI857S7由来)(宝酒造(株)poly(dA)
・poly(dT)およびpoly(dG)・poly(dC)ベーリンガーマン
ハイム・山之内(株))Ru(phen)3 2+(Tris(1,10-phenan
throline)-ruthenium(II) chloride hexahydrate) (Al
drich Chem. Co. 製)を準備した。
Measurement Method and Apparatus The following reagents and measurement apparatus reagents were used. λ DNA (from bacteriophage λ cI857S7) (Takara Shuzo Co., Ltd. poly (dA)
· Poly (dT) and poly (dG) · poly (dC ) Boehringer Mannheim Yamanouchi (Ltd.)) Ru (phen) 3 2+ (Tris (1,10-phenan
throline) -ruthenium (II) chloride hexahydrate) (Al
drich Chem. Co.) was prepared.

【0039】測定装置の概略を図6に示す。測定装置は
図に示すように暗箱1、フォトマルチプライヤーチュー
ブ(光電子倍増管)2、電源3、フォトンカウンターか
ら構成される発光量計測部4、ポテンシオスタット5、
ファンクションジェネレーター(関数発生器)6、電気
化学セルなどの電気化学システム、そして発光量計測
部、および電気化学システムから出力された電位変化、
および発光量が観測されるオシロスコープ7、X−Yレ
コーダーからなる記録部8によって構成されている。暗
箱1中にある電気化学セル9は、白金作用電極、白金対
極、Ag/AgCl参照電極からなる三電極系を制御した。ま
た、電気化学セル9は図に示すようにフォトマルチプラ
イヤーチューブ2の測定窓2aの直前に配置した。
FIG. 6 shows an outline of the measuring apparatus. As shown in the figure, the measuring device includes a dark box 1, a photomultiplier tube (photomultiplier tube) 2, a power supply 3, a luminescence measuring unit 4 composed of a photon counter, a potentiostat 5,
A function generator (function generator) 6, an electrochemical system such as an electrochemical cell, a luminescence measuring unit, and a potential change output from the electrochemical system;
And an oscilloscope 7 for observing the light emission amount, and a recording unit 8 composed of an XY recorder. The electrochemical cell 9 in the dark box 1 controlled a three-electrode system consisting of a platinum working electrode, a platinum counter electrode, and an Ag / AgCl reference electrode. The electrochemical cell 9 was arranged immediately before the measurement window 2a of the photomultiplier tube 2 as shown in the figure.

【0040】フォトマルチプライヤーチューブ(R464)、
フォトンカウンター(C767)、電源(752-01)などの発光量
計測部は浜松ホトニクス(株)製を、ポテンシオスタッ
ト(2090-LN) は北斗電工(株)製、ファンクションジェ
ネレーター(HB-105)は(株)東方技研製、オシロスコー
プ(VC-6020) は(株)日立製作所製、X−Yレコーダー
(WX2400)はグラフテック(株)製のものを使用した。
Photomultiplier tube (R464),
The photon counter (C767), power supply (752-01), and other light emission measurement units are manufactured by Hamamatsu Photonics KK, and the potentiostat (2090-LN) is manufactured by Hokuto Denko KK, function generator (HB-105). Is manufactured by Toho Giken Co., Ltd., oscilloscope (VC-6020) is manufactured by Hitachi, Ltd., XY recorder
(WX2400) manufactured by GRAPHTEC was used.

【0041】ルテニウム錯体、およびDNAの定量は紫
外可視分光光度計(日本分光Ubest-30)を用いて行っ
た。
The quantification of the ruthenium complex and DNA was carried out using an ultraviolet-visible spectrophotometer (Ubest-30, JASCO Corporation).

【0042】電気化学発光プローブの発光特性 電気化学発光プローブとして Ru(phen)3 2+: トリ(1,
10−フェナントロリン)−ルテニウム(II)クロラ
イド ヘキサハイドレイト) (Tris(1,10-phenanthroli
ne)-ruthenium(II) chloride hexahydrate) を使用し
た。本発明においては、発光計測のための電気化学的励
起法として、電位走査法よりも、電位ステップ法を使用
することが望ましい。電位ステップ法にともなう、発光
パターンの概略図を図7に示す。この際、電位が1.5Vに
おける10秒間の積算発光量(図における斜線部分)を10
で割った1秒当たりの平均発光量(CPS:Count Per Seco
nd)を発光値とした。
Luminescent Properties of Electrochemiluminescent Probe Ru (phen) 3 2+ : tri (1,
10-phenanthroline) -ruthenium (II) chloride hexahydrate) (Tris (1,10-phenanthroli)
ne) -ruthenium (II) chloride hexahydrate) was used. In the present invention, it is desirable to use a potential step method rather than a potential scanning method as an electrochemical excitation method for measuring light emission. FIG. 7 shows a schematic diagram of a light emission pattern according to the potential step method. At this time, the accumulated light emission amount for 10 seconds at a potential of 1.5 V (shaded area in the figure) is 10
(CPS: Count Per Seco)
nd) was defined as the luminescence value.

【0043】ルテニウム錯体などのすべての試薬は Tri
s-Buffer(50mM Tris-HC1,50mMNaCl,15mM Sodium Oxalat
e pH 7.3) に溶解し、発光量測定を行った。測定ごとに
電極は蒸留水で洗浄した後、電位印加法によって洗浄を
施した。その後、ガスバーナーで赤熱した。
All reagents such as ruthenium complex are
s-Buffer (50 mM Tris-HC1, 50 mM NaCl, 15 mM Sodium Oxalat
e pH 7.3) and measured the luminescence. After each measurement, the electrode was washed with distilled water and then washed by a potential application method. Then, it glowed red with a gas burner.

【0044】DNA共存下における電気化学発光プローブの発光特性 DNA共存下での発光挙動を調べるためのルテニウム錯
体の濃度は、例えば1μM とする。電気化学的励起はポ
テンシャルステップで行い、発光はルテニウム錯体(1μ
M)のみが測定系中に存在するときの発光に対する相対値
で評価した。ルテニウム錯体とDNAを混合後、37℃で
12時間以上経過した後、試料溶液を発光量測定に使用し
た。
Emission Characteristics of Electrochemiluminescence Probe in the Presence of DNA The concentration of the ruthenium complex for examining the luminescence behavior in the presence of DNA is, for example, 1 μM. The electrochemical excitation is performed in a potential step, and the emission is performed using a ruthenium complex (1 μm).
The evaluation was based on the relative value to the luminescence when only M) was present in the measurement system. After mixing the ruthenium complex and DNA, at 37 ° C
After 12 hours or more, the sample solution was used for luminescence measurement.

【0045】実際には、DNA試料としては次の三種類
を選択した。標準DNAモデルとしてλDNAを、そし
てルテニウム錯体とDNA間の結合における塩基配列特
異性を明らかにするためにpoly(dA)・poly(dT)、および
poly(dG)・poly(dC)を使用した。また、DNAの定量は
吸光度 (260nm)をもとに算出した。
Actually, the following three kinds of DNA samples were selected. Λ DNA as a standard DNA model, and poly (dA) / poly (dT) to clarify base sequence specificity in binding between ruthenium complex and DNA, and
poly (dG) and poly (dC) were used. DNA quantification was calculated based on the absorbance (260 nm).

【0046】結果および考察 電気化学発光プローブの発光特性 電位走査法(0V→2V→0V)による電気化学発光を行っ
た。電位走査法による結果を図8および図9に示す。ま
た、電位走査法で得た発光電位を参考にしてポテンシャ
ルステップ法(0V→1.5V)で電気化学励起(励起は1.5V
で10秒間)を行った。図10にシュウ酸塩非共存下での
ステップ電位と発光パターンを、図11にシュウ酸塩(1
5mM)共存下での電位変化、および発光パターンを、図1
2にはシュウ酸塩およびDNA(塩基対換算で15.3μ
M)共存下での結果を示す。発光量はシュウ酸塩の共存
下で著しく増大した。シュウ酸塩が存在する場合、シュ
ウ酸塩からラジカル(CO2 .-) が生成し、これが3価のル
テニウム錯体と反応し発光に至る励起体であるRu(phen)
3 2+*が生成する。一方、シュウ酸塩が存在しない場合
は、3価のルテニウム錯体は溶媒と電子の受け渡しを行
い2価の励起体が生成する。発光を行うために必要な2
価の錯体の励起体はシュウ酸塩の共存下にラジカルによ
って効率的に生成されるため発光量も増大する。またD
NAの共存下(図12)では発光パターンは変わらない
ものの、発光量はDNA非共存下 (図11)に比べ顕著
に減少した。発光量の測定は +1.5Vにおける1秒間当た
りの平均発光量(単位はcps)を計測したところ安定した
発光量を得ることができた。
Results and Discussion Luminescence Characteristics of Electrochemiluminescence Probe Electrochemiluminescence was performed by the potential scanning method (0V → 2V → 0V). FIGS. 8 and 9 show the results obtained by the potential scanning method. In addition, referring to the emission potential obtained by the potential scanning method, electrochemical excitation (excitation is 1.5 V) by the potential step method (0 V → 1.5 V).
For 10 seconds). FIG. 10 shows the step potential and the emission pattern in the absence of oxalate, and FIG. 11 shows the oxalate (1
Fig. 1 shows the change in potential and the emission pattern in the presence of 5mM).
2 contains oxalate and DNA (15.3μ in base pair conversion)
M) shows the results under coexistence. The luminescence increased significantly in the presence of oxalate. In the presence of oxalate, a radical (CO 2 .- ) is generated from the oxalate, which reacts with a trivalent ruthenium complex to produce Ru (phen), an exciter that emits light.
3 2 + * is generated. On the other hand, when oxalate does not exist, the trivalent ruthenium complex transfers electrons to and from the solvent to generate a divalent exciter. 2 necessary for emitting light
Since the exciton of the valence complex is efficiently generated by radicals in the presence of oxalate, the amount of light emission also increases. Also D
Although the luminescence pattern was not changed in the presence of NA (FIG. 12), the amount of luminescence was significantly reduced as compared with the absence of DNA (FIG. 11). In the measurement of the amount of light emission, when the average amount of light emission per second at +1.5 V (unit: cps) was measured, a stable amount of light emission was obtained.

【0047】発光量のシュウ酸塩濃度依存性 試料液中にシュウ酸塩を、表2に示したように、種々濃
度を変えて発光量のシュウ酸塩濃度依存度を測定した。
その結果を表2に示す。
Dependence of Light Emission on Oxalate Concentration Oxalate in the sample solution was varied as shown in Table 2 to determine the dependence of light emission on oxalate concentration.
Table 2 shows the results.

【0048】[0048]

【表2】 [Table 2]

【0049】表2に示したようにシュウ酸塩濃度の増大
にともなって発光量は飛躍的に増大した。しかし15mMを
越える濃度ではそれほど大きな発光量増大は観察されな
かった。よって発光測定におけるシュウ酸塩濃度は15mM
に設定することにした。
As shown in Table 2, the luminescence amount increased dramatically as the oxalate concentration increased. However, at concentrations higher than 15 mM, no significant increase in luminescence was observed. Therefore, the oxalate concentration in the luminescence measurement was 15 mM.
Decided to set.

【0050】また、発光のルテニウム錯体濃度依存性も
明らかにした。その結果を図13(シュウ酸塩非共存
下)、および図14(シュウ酸塩(15mM)共存下)に示
す。図13と図14を比較することによって、シュウ酸
塩共存下での発光量は非共存下の100 倍以上に達するこ
とがわかった。またシュウ酸塩共存下では、ルテニウム
錯体1μMで発光が約 1000(cps)あることがわかったた
め、以後DNAおよび薬物の結合様式に関する分析に使
用する場合、緩衝溶液はシュウ酸塩(15mM)が含まれるト
リス緩衝溶液(pH 7.3)を、ルテニウム錯体の濃度は1μ
M 、電気化学励起にはポテンシャルステップ法を用い
た。
The dependence of the luminescence on the concentration of the ruthenium complex was also clarified. The results are shown in FIG. 13 (without oxalate) and FIG. 14 (with oxalate (15 mM)). By comparing FIG. 13 and FIG. 14, it was found that the luminescence amount in the presence of oxalate reached 100 times or more that in the absence of oxalate. In addition, in the presence of oxalate, it was found that luminescence was about 1000 (cps) at 1 μM of the ruthenium complex. Therefore, when used for analysis on the binding mode of DNA and drugs, the buffer solution contained oxalate (15 mM). Tris buffer solution (pH 7.3)
M, potential step method was used for electrochemical excitation.

【0051】DNA共存下における Ru(phen)3 2+の発光特性 本発明においては、薬物があらかじめ結合したDNAの
共存下でのルテニウム錯体の発光特性の変化をもとに薬
物の結合様式を推定する。すなわち、ルテニウム錯体を
DNAに作用する薬物に対するプローブとして用いる。
そこで、ここでは、ルテニウム錯体/DNA間の相互作
用と電気化学発光特性との関係を解析した。
Luminescent Properties of Ru (phen) 3 2+ in the Presence of DNA In the present invention, the binding mode of a drug is estimated based on the change in the luminescent properties of a ruthenium complex in the presence of a DNA to which a drug has been previously bound. I do. That is, the ruthenium complex is used as a probe for a drug acting on DNA.
Therefore, here, the relationship between the interaction between the ruthenium complex / DNA and the electrochemiluminescence characteristics was analyzed.

【0052】DNAサンプルとしては、塩基配列が明ら
かで、入手しやすいλDNAを用いた。上記図4に、λ
DNA共存下におけるルテニウム錯体の電気化学発光特
性を示した。この図においては、横軸をDNAを塩基対
当たりで換算したモル濃度(μM)とし、縦軸をルテニウ
ム錯体1μM のみ存在するときの発光量(約 1000cps)
を 100としたときの発光の相対値とする。
As a DNA sample, λ DNA having a clear base sequence and readily available was used. FIG.
The electrochemiluminescence characteristics of the ruthenium complex in the presence of DNA were shown. In this figure, the horizontal axis represents the molar concentration (μM) of DNA converted per base pair, and the vertical axis represents the amount of luminescence when only 1 μM of the ruthenium complex is present (about 1000 cps).
Is the relative value of the light emission when 100 is assumed.

【0053】ルテニウム錯体の電気化学発光はDNA塩
基対量が約20μM に達するまでは減少する。これ以上で
は発光量の減少は観測されなかった。この理由はルテニ
ウム錯体がDNAに結合すると立体障害によって電極と
の電子移動が抑制され、2価の励起体([Ru(bpy)3 2+ ]
)の生成量が減少し、そのため発光量も減少するため
と考えられる。また同図より、DNA塩基対量が20μM
以上では発光量の減少が飽和に達することがわかる。ル
テニウム錯体の濃度は1μM であるので、DNA塩基対
と錯体の飽和結合比はおよそ20:1であると考えられ
る。
The electrochemiluminescence of the ruthenium complex decreases until the amount of DNA base pairs reaches about 20 μM. Above this, no decrease in luminescence was observed. The reason for this is electron transfer suppression of the electrode by steric hindrance the ruthenium complex is bound to DNA, 2 divalent excitation body ([Ru (bpy) 3 2+ ]
It is considered that the generation amount of ()) decreases, and therefore the light emission amount also decreases. Also, from the figure, the DNA base pair amount was 20 μM.
From the above, it can be seen that the decrease in the amount of light emission reaches saturation. Since the concentration of the ruthenium complex is 1 μM, the saturation binding ratio between the DNA base pair and the complex is considered to be about 20: 1.

【0054】ところで、前述のようにλDNAのような
B型DNAに対してはルテニウム錯体の二つの異性体
(Λ、Δ体)のうち、主にΔ型錯体がB型DNAに対し
結合するとされている。ここで、使用しているルテニウ
ム錯体はラセミ体である。また、図4の結果から錯体の
結合が飽和に達したとき発光量は約50%減少しているこ
とがわかる。このことから全錯体数の半数、すなわちΔ
体のみがDNAに結合し、遊離状態にある錯体はΛ体で
あることが推察される。これらの事柄を考慮するとΔ体
のみについては飽和結合比は40:1、つまり40塩基対に
1個のΔ型錯体が結合すると考えられる。B型二重螺旋
DNAの場合、1ヘリックスに必要な塩基対数は10塩基
対であるのでルテニウム錯体は4ヘリックスに1個の割
合で結合していると言える。ここで図1の Ru(phen)3 2+
とDNAの結合した状態のコンピューターグラフィック
を参考にすると、結合したルテニウム錯体1分子はほぼ
1ヘリックス(10bp)の半分のメジャーグループを覆っ
ている。つまり「4ヘリックス(40bp)に1個結合す
る」ということは、「40塩基対のうち5塩基対(ヘリッ
クス分のメジャーグループに相当)を占有する」と換言
できる。
As described above, for a B-type DNA such as λ DNA, of the two isomers of the ruthenium complex (Λ, Δ-isomer), it is assumed that the Δ-type complex mainly binds to the B-type DNA. ing. Here, the ruthenium complex used is a racemic body. In addition, it can be seen from the results of FIG. 4 that the luminescence amount is reduced by about 50% when the bond of the complex reaches saturation. From this, half of the total number of complexes, that is, Δ
It is inferred that only the body binds to DNA and the complex in the free state is a Λ body. Considering these matters, it is considered that the saturation bond ratio of only the Δ-form is 40: 1, that is, one Δ-type complex binds to 40 base pairs. In the case of the B-type double helix DNA, the number of base pairs required for one helix is 10 base pairs, so it can be said that the ruthenium complex is bonded at a ratio of one to four helices. Here in FIG. 1 Ru (phen) 3 2+
Referring to the computer graphic of the state in which the DNA and DNA are bound, one molecule of the bound ruthenium complex covers almost half of the major group of one helix (10 bp). In other words, "to bind one to four helices (40 bp)" can be paraphrased as "to occupy five base pairs out of 40 base pairs (corresponding to a major group of helices)".

【0055】DNAの種類と発光特性の関係 ルテニウム錯体がDNAに対しインターカレートし、結
合することはすでに述べた。しかしながらルテニウム錯
体のDNAへの結合における塩基配列特異性に関しては
かならずしもよくわかっていない。ルテニウム錯体を薬
物の結合様式に関する評価に応用してゆくためにも塩基
配列特異性についての知見を得ることは重要である。そ
こでDNA試料としてpoly(dA)・poly(dT)、およびpoly
(dG)・poly(dC)を選び、その共存下における発光量を測
定した。その結果を表3に示す。
Relationship between DNA Type and Luminescent Properties It has already been described that ruthenium complexes intercalate and bind to DNA. However, the nucleotide sequence specificity of the binding of the ruthenium complex to DNA is not always well understood. To apply the ruthenium complex to the evaluation of the binding mode of drugs, it is important to obtain knowledge about the nucleotide sequence specificity. Therefore, poly (dA), poly (dT), and poly
(dG) · poly (dC) was selected, and the amount of luminescence in the coexistence thereof was measured. Table 3 shows the results.

【0056】[0056]

【表3】 [Table 3]

【0057】この表からわかるようにコントロールの発
光量に対して、DNA共存下でその種類に関係なく発光
量が減少することがわかる。しかし、その減少量はDN
Aの種類によって差異が認められた。poly(dA)・poly(d
T)共存下では相対発光量が59.0であるのに対し、poly(d
G)・poly(dC)では73.4と大きい。一方、アデニン、チミ
ン、グアニン、シトシンいずれの塩基も有するλDNA
共存下での発光量は、両者の相対発光強度の中間値とも
いえる66.7である。発光量が大きいほど、結合している
ルテニウム錯体が少ないことを表している。これらから
ルテニウム錯体はATから成るDNAに強く結合すること
がわかる。しかし、GCから成るDNAにも相当数結合す
ることから理解されるようにルテニウム錯体の結合の塩
基配列特異性はそれほど大きくないと言える。
As can be seen from this table, the amount of luminescence decreases in the presence of DNA, irrespective of the type, relative to the amount of luminescence of the control. However, the amount of reduction is DN
A difference was observed depending on the type of A. poly (dA) ・ poly (d
In the presence of (T), the relative luminescence was 59.0, whereas poly (d
G) ・ poly (dC) is as large as 73.4. On the other hand, λ DNA having any bases of adenine, thymine, guanine and cytosine
The light emission amount in the coexistence is 66.7, which can be said to be an intermediate value of the relative light emission intensity of both. The higher the light emission amount, the smaller the amount of the bonded ruthenium complex. These results show that the ruthenium complex strongly binds to DNA consisting of AT. However, it can be said that the specificity of the base sequence of the binding of the ruthenium complex is not so large as can be understood from the fact that it binds to a considerable amount of DNA composed of GC.

【0058】DNA塩基配列と発光との間の関係はB型
螺旋DNA分子の塩基配列による局所的構造の変動を反
映しているものと考えられる。B型DNAの場合、隣接
する2塩基対間の螺旋のねじれや、個々の塩基対のプロ
ヘラツイスト(対になった二つの塩基が長軸の回りにお
互いに反対方向に回転すること)などの局所的な構造の
変動がある。ルテニウム錯体はDNAに対し三つのリガ
ンドのうち一つがインターカレートし、残りの二つのD
NA分子の大きな溝(メジャーグルーブ)の向きに沿う
形で結合すると言われている(図1参照)。もし、ポリ
ATと、ポリGCとでは局所的構造の微妙な変動によってメ
ジャーグルーブの構造に違いが現れるならば、それによ
ってインターカレートしていない残りの二つのリガンド
のポリAT、ポリGCのメジャーグループに対する接合性に
も違いが現れるはずである。接合性の違いはそのまま錯
体の結合数に反映されると考えられるために、発光にも
違いが現れるものと考えられる。
It is considered that the relationship between the DNA base sequence and the luminescence reflects local structural variation due to the base sequence of the B-type helical DNA molecule. In the case of B-type DNA, helical twist between two adjacent base pairs, prohera twist of each base pair (the two bases in a pair rotate in opposite directions around the long axis), etc. There are local structural fluctuations. The ruthenium complex intercalates one of the three ligands with DNA and the other two D
It is said that they bind along the direction of the large groove (major groove) of the NA molecule (see FIG. 1). If poly
If a difference in the structure of the major groove appears between AT and poly GC due to subtle variations in the local structure, the remaining two non-intercalated ligands are joined to the major group of poly AT and poly GC. There should be a difference in gender. Since the difference in bonding property is considered to be directly reflected on the number of bonds of the complex, it is considered that a difference also appears in light emission.

【0059】以上を要約すると次のようになる。 Ru(phen)3 2+は電気化学発光し、その発光はシュウ
酸塩の共存下において著しく増大する。 ポテンシャルステップ法によって電気化学的励起を
行うことによって安定かつ十分な発光を得ることができ
た。 λDNA共存下においてルテニウム錯体の発光はD
NA量の増大とともに減少した。 DNA共存下の発光量の減少は錯体量の20倍のDN
A量を加えたときに飽和に達した。この結果とルテニウ
ム錯体の結合様式図4を考慮に入れると、ルテニウム錯
体は40塩基対のうち5塩基対に相当するメジャーグルー
ブを占有すると考えられる。 DNA共存下での発光量の減少は塩基配列の違いに
よって異なることがわかった。この結果はルテニウム錯
体のDNAへの結合が塩基配列によって微妙に異なるこ
とを示していると思われる。
The above is summarized as follows. Ru (phen) 3 2+ is electrochemiluminescence, the emission is significantly increased in the presence of oxalate. Stable and sufficient light emission could be obtained by performing electrochemical excitation by the potential step method. The emission of the ruthenium complex in the presence of λDNA is D
It decreased with increasing NA amount. The decrease in luminescence in the presence of DNA is 20 times higher than that of complex
Saturation was reached when the A amount was added. Taking this result and the binding mode of the ruthenium complex into consideration, it is considered that the ruthenium complex occupies a major groove corresponding to 5 base pairs out of 40 base pairs. It was found that the decrease in the amount of luminescence in the presence of DNA was different depending on the base sequence. This result seems to indicate that the binding of the ruthenium complex to DNA is slightly different depending on the base sequence.

【0060】以上のようなことから、 Ru(phen)3 2+はD
NAと結合するためにその電気化学発光がDNA共存下
に減少することが示された。従って、測定系中にDNA
に結合する薬物が共存した場合、薬物と Ru(phen)3 2+
ともにDNAに対して結合し、その影響が何らかの形で
発光特性変化として反映されることが判明した。そこ
で、この Ru(phen)3 2+をDNAと結合する薬物に対する
プローブとして利用する本発明に至った。
[0060] Since the above as, Ru (phen) 3 2+ is D
It was shown that its binding to NA reduced its electrochemiluminescence in the presence of DNA. Therefore, DNA in the measurement system
When the drug to bind coexist, the drug and Ru (phen) 3 2+ are both bind to DNA, the effect was found to be reflected as light-emitting characteristics change in some way. Therefore, leading the Ru (phen) 3 2+ to the present invention used as a probe to drugs that bind to DNA.

【0061】DNA作用物質の共存下における電気化学
発光プローブの発光特性と薬物の結合様式についての解
試薬および測定機器 試薬には次のようなものを使用した。ダウノマイシン(D
aunomycin)、アクチノマイシンD (Actinomycin D)、シ
スプラチン(cis-DDP:cis-dichloro diammine platinum
(II))はSIGMA CHEMICAL社製のものを、クロモマイシン
3 (ChromomycinA3)は和光純薬工業(株)製ものを使
用した。これら4種類の薬物の化学構造は上記図3に示
した。ヒストン蛋白(Histone from calf thymus)はベー
リンガーマンハイム・山之内(株)製のものを使用し
た。λDNA、および Ru(phen)3 2+は前例で用いたもの
と同様である。
Electrochemistry in the Presence of a DNA Agent
Solutions for luminescence properties of luminescent probes and drug binding modes
The analysis reagent and measuring instruments reagents used were as follows. Daunomycin (D
aunomycin), actinomycin D, cisplatin (cis-DDP: cis-dichloro diammine platinum)
(II)) is what the SIGMA CHEMICAL Co., chromomycin A 3 (ChromomycinA 3) was used as manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.. The chemical structures of these four drugs are shown in FIG. The histone protein (Histone from calf thymus) used was manufactured by Boehringer Mannheim Yamanouchi. [lambda] DNA, and Ru (phen) 3 2+ is the same as that used in the previous.

【0062】測定装置も図6で示した上記のものと同じ
ものを用いた。また、DNAと結合した薬物と未結合の
薬物を分離するために使用した限外濾過膜は日本ミリポ
ア工業(株)製の低吸着性のモルカットII(UPF1 LGC分
画分子量10,000)を使用した。ルテニウム錯体、DN
A、および薬物(シスプラチンを除く)定量には日本分
光製の紫外可視分光光度計(U best-30) を使用した。シ
スプラチンに含まれるプラチナ(Pt)の定量には(株)島
津製作所製の原子吸光光度計(AA-660)、および光源とし
て浜松ホトニクス(株)製のPt用ホロカソードランプを
用いた。
The same measuring device as that shown in FIG. 6 was used. The ultrafiltration membrane used to separate the drug bound to the DNA from the unbound drug used was a low-adsorption molcut II (UPF1 LGC fractionated molecular weight of 10,000) manufactured by Nippon Millipore Industries, Ltd. Ruthenium complex, DN
A and a UV-visible spectrophotometer (U best-30) manufactured by JASCO Corporation were used for quantification of A and drug (excluding cisplatin). Platinum (Pt) contained in cisplatin was quantified using an atomic absorption spectrophotometer (AA-660) manufactured by Shimadzu Corporation and a hollow cathode lamp for Pt manufactured by Hamamatsu Photonics KK as a light source.

【0063】DNA作用薬物の共存下における電気化学発光の測定法 測定法の手順を化4に示す。 Method for Measuring Electrochemiluminescence in the Presence of a DNA Agonist The chemical procedure is shown in Chemical Formula 4.

【0064】[0064]

【化4】 Embedded image

【0065】化4ので測定される発光量はDNAに結
合した薬物共存下でのルテニウム錯体の発光である。
で測定される発光量は薬物のみ存在するときの発光であ
り、に対するコントロールである。ここではルテニウ
ム錯体(1μM)共存下に、DNAに対する様々な比で薬物
を添加し、発光量を測定した。発光量はルテニウム錯体
(1μM)のみ存在するときの発光量に対する相対的に評価
した。評価は薬物量に対し相対発光量をプロットしたグ
ラフにて行った。また、DNA作用薬としては、シスプ
ラチン、ダウノマイシン、アクチノマイシンD、クロモ
マイシンA3 を使用した。
The amount of luminescence measured in Chemical formula 4 is the luminescence of the ruthenium complex in the presence of the drug bound to DNA.
Is the luminescence when only the drug is present and is a control for. Here, in the presence of a ruthenium complex (1 μM), drugs were added at various ratios to DNA, and the luminescence was measured. Luminescence is ruthenium complex
(1 μM) was evaluated relative to the amount of luminescence when present only. The evaluation was performed using a graph in which the relative luminescence was plotted against the amount of the drug. As the DNA agonists, it was used cisplatin, daunomycin, actinomycin D, and chromomycin A 3.

【0066】各薬物とDNAとの結合比の測定 図17に示した原理に基づけば、DNAと薬物の結合が
飽和に達するまでは加える薬物量の増大にもとなってル
テニウム錯体の結合が阻害され、遊離のルテニウム錯体
が増え続けることが予想される。しかし、薬物の結合が
飽和に達した後ではルテニウム錯体のDNAへの結合に
対する阻害効果は異なった様相を示すものと思われる。
このためDNAと薬物との間の結合が飽和に達したとき
のDNAと薬物のモル比(飽和結合比)を求める必要が
ある。
Measurement of the binding ratio between each drug and DNA Based on the principle shown in FIG. 17, the binding of the ruthenium complex is inhibited by increasing the amount of drug added until the binding between DNA and drug reaches saturation. It is expected that free ruthenium complexes will continue to increase. However, after drug binding has reached saturation, the inhibitory effect of the ruthenium complex on DNA binding appears to be different.
For this reason, it is necessary to determine the molar ratio (saturation bond ratio) between the DNA and the drug when the binding between the DNA and the drug reaches saturation.

【0067】その測定方法の概略を図15に示す。図に
示すようにDNAが存在する場合と、そのコントロール
としてのDNAが存在しない場合の両者の測定を行う。
まず、一定量のDNAに対し所定の濃度比になるように
薬物を加え37℃で一晩放置する。このときコントロール
として同量の薬物のみを添加する。その後モルカットに
よってDNAに結合した薬物と遊離状態の薬物とに分離
し、濾液中に含まれる遊離状態の薬物を定量する。一
方、DNAが存在しない場合は薬物はすべて膜を通過で
きるため濾液中の薬物量は最初に加えた薬物量と同じで
ある。両者の濾液に含まれる薬物量の差はDNAに結合
した薬物量を表している。
FIG. 15 shows an outline of the measuring method. As shown in the figure, the measurement is performed for both the case where DNA is present and the case where DNA as a control is not present.
First, a drug is added to a fixed amount of DNA so as to have a predetermined concentration ratio, and the mixture is left at 37 ° C. overnight. At this time, only the same amount of drug is added as a control. Thereafter, the drug bound to DNA and the free drug are separated by mole cut, and the free drug contained in the filtrate is quantified. On the other hand, in the absence of DNA, all the drug can pass through the membrane, so the amount of drug in the filtrate is the same as the amount of drug added initially. The difference between the amounts of drug contained in both filtrates indicates the amount of drug bound to DNA.

【0068】DNAに対する薬物量を徐々に増加させた
場合、DNAへの薬物の結合が飽和に達するまで薬物は
DNAと結合し膜上に取り残される。そのため濾液中に
薬物は検出されない。しかし結合が飽和に達した後で
は、加えた薬物の一部はDNAと結合できずに流出して
くる。そのため濾液中にある遊離状態の薬物量は、DN
Aに対する薬物の飽和結合量を越えて加えられた薬物量
と同じであると考えられる。すなわち、濾液中で検出さ
れる遊離状態にある薬物量はDNAに対する薬物の飽和
結合比を境にして増加すると思われる。この増加量を測
定することにより飽和結合比を求めた。
When the amount of drug to DNA is gradually increased, the drug binds to DNA and remains on the membrane until the binding of drug to DNA reaches saturation. Therefore, no drug is detected in the filtrate. However, after the binding reaches saturation, some of the added drug cannot be bound to DNA and flows out. Therefore, the amount of free drug in the filtrate is DN
It is believed to be the same as the amount of drug added beyond the saturated binding of the drug to A. That is, the amount of drug in the free state detected in the filtrate seems to increase at the saturation binding ratio of drug to DNA. The saturation bond ratio was determined by measuring the increase.

【0069】なお薬物の定量はアクチノマイシンD、ダ
ウノマイシン、クロモマイシンA3については吸光度法
で、シスプラチンについては原子吸光法で行った。
[0069] Note that quantitative actinomycin D drugs, daunomycin, with absorbance method for chromomycin A 3, for cisplatin were performed by atomic absorption spectrometry.

【0070】シスプラチン、ダウノマイシン、アクチノ
マイシンD、クロモマイシンA3 の共存下における発光
特性とその結合様式に関する考察 シスプラチン シスプラチン(cis-dichloro diammine platinum(II):ci
s-DDP)をあらかじめ作用させたDNAにルテニウム錯体
を共存させたときに発光測定を行った結果を図16に示
す。図には薬物量−発光曲線に加えシスプラチンの構造
式も併せて記した。図の右方のシスプラチンは白金の錯
体であり塩素とアンミンを配位子に持つ平面構造の化合
物である。図の左方のグラフ(薬物量−発光曲線)の横
軸は系に加えたシスプラチンの濃度(μM)の対数をとっ
たものを表し、縦軸はそのときの発光量をルテニウム錯
体(1μM)のみ存在するときの発光量に対する相対値とし
て表している。また二つの曲線は、上のグラフが薬物の
みが系に共存しているときの薬物量−発光曲線であり、
下の右上がりのグラフがあらかじめ薬物が結合している
DNAが共存しているときの薬物量−発光曲線である。
またλDNAの濃度は本測定を通して一定であり、塩基
対換算で12.0μM である。
Cisplatin, daunomycin, actino
Luminescence in the presence of mycin D and chromomycin A 3
Consideration on properties and binding mode of cisplatin cisplatin (cis-dichlorodiammine platinum (II): ci
FIG. 16 shows the results of luminescence measurement performed when a ruthenium complex was allowed to coexist with DNA on which s-DDP) had previously acted. The figure also shows the structural formula of cisplatin in addition to the drug amount-luminescence curve. Cisplatin on the right side of the figure is a complex of platinum and is a compound having a planar structure having chlorine and ammine as ligands. The horizontal axis of the graph (drug amount-luminescence curve) on the left side of the figure represents the logarithm of the concentration (μM) of cisplatin added to the system, and the vertical axis represents the luminescence amount at that time by a ruthenium complex (1 μM). It is expressed as a relative value with respect to the light emission amount when only one exists. In addition, the two curves, the upper graph is a drug amount-luminescence curve when only the drug coexists in the system,
The lower right-upper graph is a drug amount-emission curve when a DNA to which a drug is bound is present in advance.
The concentration of λ DNA is constant throughout the measurement, and is 12.0 μM in terms of base pairs.

【0071】上記のグラフより、薬物のみが共存する場
合は薬物量−発光曲線(上のグラフ(DNA(-))からわかる
ように薬物濃度が増大しても発光量に変化は観測されな
かった。すなわち、シスプラチン自身はルテニウム錯体
の電気化学発光に影響を与えなかった。ところがあらか
じめ薬物を作用させたDNAの共存下では、薬物量−発
光曲線(下のグラフ(DNA(+))は薬物が結合していないD
NA単独共存下では上記の結果と同様に発光が減少して
いるが、その後は薬物濃度の増大とともに発光も増加す
る結果が得られた。発光量の増加は相対発光量100 (ル
テニウム錯体(1μM)のみのときの発光量)付近まで続い
た。すなわち、シスプラチンを加えずDNA(塩基対換
算で12.0μM)のみ共存しているときの相対発光量が65.3
であるのに対し、DNAに作用させるシスプラチンを増
大させてゆくにつれて相対発光量が増大し、シスプラチ
ンが22.0μM のときでは相対発光量は91.4にまで増大し
た。これにより、DNAに結合したシスプラチンがDN
Aによるルテニウム錯体の結合を抑制し、その結果発光
が増大してくることが示唆された。すなわち、加えるシ
スプラチン量が増えるほど、DNA分子による立体障害
を受けるルテニウム錯体の量が減少するために発光も増
大することになる。DNAに結合したシスプラチンによ
ってルテニウム錯体がDNAに結合できなくなったと
き、相対発光量は100 (DNA、シスプラチンともに共
存していないときの発光量)になるものと思われる。
From the above graph, when only the drug coexists, no change was observed in the amount of luminescence even when the concentration of the drug was increased, as can be seen from the amount of drug-luminescence curve (upper graph (DNA (-))). That is, cisplatin itself did not affect the electrochemiluminescence of the ruthenium complex.However, in the presence of DNA in which a drug had been acted on in advance, the drug amount-luminescence curve (lower graph (DNA (+)) Unbound D
In the co-presence of NA alone, the luminescence decreased similarly to the above results, but after that the luminescence increased with increasing drug concentration. The increase in luminescence continued until the relative luminescence of 100 (the luminescence when only the ruthenium complex (1 μM) was used). That is, when only DNA (12.0 μM in base pair conversion) coexists without adding cisplatin, the relative luminescence was 65.3%.
On the other hand, the relative luminescence increased as the amount of cisplatin acting on DNA was increased, and the relative luminescence increased to 91.4 when cisplatin was 22.0 μM. As a result, cisplatin bound to DNA is converted to DN.
It was suggested that the binding of ruthenium complex by A was suppressed, and as a result, light emission increased. That is, as the amount of cisplatin added increases, the amount of ruthenium complex that is sterically hindered by the DNA molecule decreases, so that light emission also increases. When the ruthenium complex cannot bind to DNA due to the cisplatin bound to DNA, the relative luminescence is considered to be 100 (the luminescence when both DNA and cisplatin are not present).

【0072】既述したようにシスプラチンがルテニウム
錯体のDNAへの結合を阻害するならば、DNAに対す
るシスプラチンの結合が飽和に達するとルテニウム錯体
の結合は飽和以後ではそれ以上は阻害されず発光量の増
加はそこで停止するものと思われる。飽和結合比とし
て、近隣排除則モデルにおける最大結合量を飽和結合比
として求めた。近隣排除則とはDNAにインターカレー
トする物質が結合する際、その物質が結合している塩基
対の隣の塩基対に対する新たなインターカレーションは
阻害されるというものである。近隣排除則に基ずく最大
結合量は2塩基対に1個結合する場合であり、本測定で
はDNA量の半分の6μM のシスプラチン濃度に相当す
る。図の左方のグラフでは近隣排除則に基ずく最大結合
量は点線で示される薬物濃度である。これによると最大
結合量を表す点線以後においても発光の増加が観測され
ている。これは限界結合量以上のシスプラチンが結合し
ルテニウム錯体の結合を阻害していることを示してい
る。すなわち、シスプラチンは近隣排除則モデルにおけ
る限界結合量以上の2塩基対に1個以上の頻度でDNA
に結合していると考えられる。
As described above, if cisplatin inhibits the binding of the ruthenium complex to DNA, when the binding of the cisplatin to DNA reaches saturation, the binding of the ruthenium complex is not inhibited any more after saturation, and the amount of luminescence does not increase. The increase is likely to stop there. As the saturated bond ratio, the maximum bond amount in the neighborhood exclusion rule model was obtained as the saturated bond ratio. The neighbor exclusion rule is that when a substance that intercalates with DNA binds, new intercalation of a base pair adjacent to the base pair to which the substance binds is inhibited. The maximum binding amount based on the neighborhood exclusion rule is a case in which one binding occurs every two base pairs, and in this measurement, it corresponds to a cisplatin concentration of 6 μM which is half of the DNA amount. In the graph on the left of the figure, the maximum binding amount based on the neighborhood exclusion rule is the drug concentration indicated by the dotted line. According to this, an increase in light emission is observed even after the dotted line indicating the maximum binding amount. This indicates that cisplatin in excess of the limit binding amount binds and inhibits the binding of the ruthenium complex. That is, cisplatin is used as a DNA at a frequency of one or more per two base pairs exceeding the critical binding amount in the neighborhood exclusion rule model.
It is considered to be connected to.

【0073】ところで、ルテニウム錯体は図1にも示し
たようにDNAのメジャーグルーブに結合し、そのリガ
ンドの一つがDNAに対しインターカレートするとされ
ている。シスプラチンがこのルテニウム錯体のDNAへ
の結合を阻害するためには、少なくともルテニウム錯体
と同様にメジャーグルーブ内に結合するか、あるいはイ
ンターカレートしていなければならないはずである。シ
スプラチンはDNAのグアニン(G) 、アデニン(A) 残基
と結合し、またその結合様式は従来、分子内反応(DN
Aの片方の鎖に結合する形)と分子間反応(DNAの二
つの鎖をつないで結合する形)の二つの様式が提唱され
ているが、詳細は未だ明らかになっていない(図17参
照)。
By the way, as shown in FIG. 1, the ruthenium complex binds to a major groove of DNA, and one of its ligands is said to intercalate with DNA. In order for cisplatin to inhibit the binding of this ruthenium complex to DNA, it must be bound or intercalated at least in the major groove, like the ruthenium complex. Cisplatin binds to guanine (G) and adenine (A) residues of DNA, and its binding mode has conventionally been determined by an intramolecular reaction (DN
Although two modes have been proposed, a form of binding to one strand of A) and an intermolecular reaction (a form of linking two strands of DNA), the details have not been clarified yet (see FIG. 17). ).

【0074】ここで、DNAに結合したシスプラチンを
電気化学的に還元することを試みたところ、DNAに結
合した状態ではシスプラチンはDNA分子の立体障害に
よって還元反応が著しく抑制されることが明らかにされ
ている。この結果はシスプラチンの結合様式が図17で
示すところの分子間反応(Interstrand Binding) に当た
ることを示唆している。一方、本例の結果からはシスプ
ラチンの結合様式はメジャーグルーブ内結合、もしくは
インターカレートであることが示される。このことから
考えるとシスプラチンの結合様式は図27における分子
間反応に当たるのではないかと思われる。これは上記の
電気化学的還元の結果と矛盾しない。以上のことから、
シスプラチンはDNAのメジャーグルーブに結合するか
もしくはインターカレートし、またその結合は近隣排除
則に従わずに2塩基対に1個以上起こることが示され
た。
Here, when an attempt was made to electrochemically reduce the cisplatin bound to the DNA, it was found that in the state bound to the DNA, the reduction reaction of the cisplatin was remarkably suppressed by steric hindrance of the DNA molecule. ing. This result suggests that the binding mode of cisplatin corresponds to an intermolecular reaction (Interstrand Binding) shown in FIG. On the other hand, the results of this example show that the binding mode of cisplatin is binding in a major groove or intercalation. Considering this, it is considered that the binding mode of cisplatin corresponds to the intermolecular reaction in FIG. This is consistent with the results of the electrochemical reduction described above. From the above,
Cisplatin binds or intercalates with major grooves in DNA, and that binding has been shown to occur more than once every two base pairs without obeying the neighborhood exclusion rule.

【0075】ダウノマイシンダウノマイシン(Daunomyci
n)をあらかじめ作用させたDNAにルテニウム錯体を共
存させたときに発光測定を行った結果を図18に示す。
図の左方のグラフ(薬物量−発光曲線)の横軸、縦軸は
シスプラチンの場合 (図16)と同様である。上のグラ
フ、下のグラフも図16と同様にそれぞれDNA非共存
下と、共存下の薬物量−発光曲線を表している。ダウノ
マイシンは図18に示すようにアントラサイクリン環と
ダウノサミンから成る抗生物質であり、アントラサイク
リンのB、C環がDNAにインターカレートし、ダウノ
サミンのアミノ基がDNAのリン酸基と静電結合するこ
とによってDNAのA・T(アデニン・チミン)配列に
強く結合しDNAポリメラーゼ、およびRNAポリメラ
ーゼの反応を阻害することが知られている。また、DN
A量は塩基対換算で13.0μM である。
Daunomycin Daunomyci
FIG. 18 shows the results of luminescence measurement performed when a ruthenium complex was allowed to coexist with DNA to which n) had been acted in advance.
The horizontal axis and vertical axis of the graph (drug amount-luminescence curve) on the left side of the figure are the same as those in the case of cisplatin (FIG. 16). The upper graph and the lower graph also show a drug amount-luminescence curve in the absence and presence of DNA, respectively, as in FIG. Daunomycin is an antibiotic consisting of an anthracycline ring and daunosamine as shown in FIG. 18. The B and C rings of anthracycline intercalate into DNA, and the amino group of daunosamine is electrostatically bound to the phosphate group of DNA. Thus, it is known that they strongly bind to the AT (adenine thymine) sequence of DNA and inhibit the reaction of DNA polymerase and RNA polymerase. Also, DN
The amount of A is 13.0 μM in terms of base pairs.

【0076】図のグラフ(DNA(-))より、ダウノマイシン
のみ共存するときはシスプラチンの場合と異なり薬物量
が増大するにつれて発光量が著しく減少することがわか
った。この発光量の減少の理由としてはダウノマイシン
によってルテニウム錯体の発光が吸収されているか、も
しくはダウノマイシンとルテニウム錯体の間で光エネル
ギーの移動が起こっているからと考えられる。一方、あ
らかじめダウノマイシンを作用させたDNAの共存下で
はグラフの前半と後半では異なった傾向がみられた。グ
ラフの前半ではシスプラチンの場合と同様に薬物量の増
大とともに発光の増加が観測され、グラフの後半では逆
に薬物量の増大とともに発光の減少が観測された。
From the graph (DNA (-)), it was found that when only daunomycin coexists, the amount of luminescence remarkably decreases as the amount of drug increases unlike in the case of cisplatin. It is considered that the reason for the decrease in the light emission amount is that the light emission of the ruthenium complex is absorbed by daunomycin or that light energy is transferred between daunomycin and the ruthenium complex. On the other hand, under the coexistence of DNA to which daunomycin had been acted before, different tendencies were observed between the first half and the second half of the graph. In the first half of the graph, as in the case of cisplatin, an increase in luminescence was observed with an increase in the amount of drug, and in the second half of the graph, conversely, a decrease in luminescence was observed with an increase in the amount of drug.

【0077】この現象は次のように考えられる。すなわ
ち、グラフの前半は、ダウノマイシンとDNAとの結合
が飽和に達する前の過程であり、この過程ではダウノマ
イシンによるルテニウム錯体のDNAへの結合阻害が起
こる。このときはシスプラチンのときと同様に発光の増
加が見られる。グラフの後半では、ダウノマイシンとD
NAとの結合が飽和に達した後の過程であり、飽和量以
上に加えられたダウノマイシンはDNAと結合できず遊
離状態になり、ルテニウム錯体の発光を減少させてい
る。そこで、飽和結合比を求め、それが薬物−発光量曲
線の前半、後半の変わり目に一致するか否かを確かめる
ことにした。
This phenomenon is considered as follows. That is, the first half of the graph is a process before the binding of daunomycin to DNA reaches saturation. In this process, the binding of the ruthenium complex to DNA by daunomycin occurs. At this time, an increase in luminescence is observed as in the case of cisplatin. In the second half of the graph, daunomycin and D
This is a process after the binding to NA reaches saturation. Daunomycin added in excess of the saturation amount cannot bind to DNA and becomes free, reducing the light emission of the ruthenium complex. Therefore, the saturation binding ratio was determined, and it was determined whether or not the saturation binding ratio coincided with the transition between the first half and the second half of the drug-luminescence curve.

【0078】飽和結合比を求めた結果を図19に示す。
このグラフの横軸は塩基対換算DNA量を1としたと
き、DNAに結合させるダウノマイシン量を相対値で表
したものである。縦軸は所定の量比でダウノマイシンと
DNAを混合させ、その後限外濾過したときの濾液に含
まれるダウノマイシンの濃度を表している。実線グラフ
(DNA(+))はDNAと薬物を混合し、その後濾過した結果
である。またコントロールとしてDNAと混合するとき
と当量の薬物のみを添加した後濾過したところ、そのと
き濾液中の薬物量は加えるダウノマイシンの量が大きく
なるにつれて直線的に増大した。これは薬物が限外濾過
膜にはほとんど吸着しないことを示している。
FIG. 19 shows the result of the determination of the saturation bond ratio.
The horizontal axis of this graph represents the amount of daunomycin bound to DNA as a relative value when the amount of DNA in base pair is set to 1. The vertical axis represents the concentration of daunomycin contained in the filtrate when daunomycin and DNA were mixed at a predetermined ratio and then subjected to ultrafiltration. Solid line graph
(DNA (+)) is the result of mixing DNA and drug and then filtering. As a control, when only the drug equivalent to the case of mixing with DNA was added, and the mixture was filtered, the amount of the drug in the filtrate at that time increased linearly as the amount of daunomycin added increased. This indicates that the drug hardly adsorbs to the ultrafiltration membrane.

【0079】一方、DNAが存在しているときは図19
に示されるようにDNAに対するダウノマイシンの相対
量が増大しても、ある量を越えるまでは流出する薬物は
ほとんど無く、その量を越えると直線的に流出してくる
ことがわかる。これは飽和結合比に達するまでは混合し
た薬物がすべてDNAと結合するため遊離の薬物は存在
せず、それ以上の薬物のときは結合できずに濾液中に流
出してくることを表しているものと考えられる。よっ
て、その流出開始点が飽和結合比に相当していると考え
られる。流出開始点でのダウノマイシンのDNAに対す
る相対量は0.38であった。すなわち2.63塩基対に一個の
ダウノマイシンが結合することがわかった。
On the other hand, when DNA is present, FIG.
As shown in Fig. 5, even when the relative amount of daunomycin to DNA increases, almost no drug flows out until the amount exceeds a certain amount, and after that amount, the drug flows out linearly. This means that all the mixed drugs bind to DNA until the saturation binding ratio is reached, so that there is no free drug, and if the drug is more than that, it cannot be bound and flows out into the filtrate. It is considered something. Therefore, it is considered that the outflow start point corresponds to the saturation bond ratio. The relative amount of daunomycin to DNA at the onset of efflux was 0.38. That is, it was found that one daunomycin binds to 2.63 base pairs.

【0080】この飽和結合比を用いて図20に再プロッ
トしたところ、既述の前、後半の変わり目と良い一致を
見た。なお飽和結合比はグラフ中では鎖線で表されてい
る。この鎖線の前後においては、図20に示すように結
合したダウノマイシン量と遊離のダウノマイシン量との
間に著しい変化があると考えられる。すなわち、ダウノ
マイシンは飽和結合比以前では加える薬物量に応じて結
合してゆくが、飽和結合比を過ぎると一定となる。一
方、遊離のダウノマイシンは飽和結合比以前では加えた
薬物のほとんどが結合するために系中にはほとんど存在
しない、しかし飽和結合比より大きくなると、加えた薬
物量に応じて増大する。
When the plot was re-plotted in FIG. 20 using this saturation bond ratio, a good agreement was found with the transition between the previous and latter half. Note that the saturation bond ratio is represented by a chain line in the graph. Before and after this dashed line, it is considered that there is a remarkable change between the amount of bound daunomycin and the amount of free daunomycin as shown in FIG. That is, daunomycin binds according to the amount of drug added before the saturation binding ratio, but becomes constant after the saturation binding ratio. On the other hand, free daunomycin is hardly present in the system before the saturation binding ratio because most of the added drug binds, but when the ratio exceeds the saturation binding ratio, it increases according to the amount of the added drug.

【0081】以上のことを考慮にいれ、遊離のダウノマ
イシンによる発光の減少効果を取り除くと図18に示し
たグラフの飽和結合比以後は補正できることになる。補
正後のグラフを図21に示す。補正後のグラフによると
発光は飽和結合比までは増大し、それ以後は変化しない
ことがわかる。また発光の増大は相対発光量が約90以上
にまで至っている。これはダウノマイシンが効率的にル
テニウム錯体のDNAへの結合を抑制していることを表
している。このときルテニウム錯体の結合位置とダウノ
マイシンの結合位置が重なっていなければ結合阻害が起
こらないものと考えられる。ルテニウム錯体のDNAへ
の結合は、前述したように40塩基対のうち5塩基対を占
有する。このとき約35塩基対分の空いたスペースが存在
する。ダウノマイシンの濃度が低いときこうしたスペー
スに結合していればルテニウム錯体はダウノマイシンに
よって結合阻害(抑制)を受けずにDNAに結合でき
る。しかしグラフが示すようにダウノマイシン濃度の低
いときから発光は増大し始め、飽和結合比付近において
は相対発光量はほとんど100 に近づいている。これはダ
ウノマイシンが低濃度においてもルテニウム錯体の結合
を阻害していることを表している。上記のように、ルテ
ニウム錯体はDNAのGC配列よりもAT配列に強く結
合することが明らかになっている。また既述したように
ダウノマイシンもAT配列に強く結合する。このことか
らダウノマイシンとルテニウム錯体は結合部位が一致し
ているために上に記したような結合阻害が高効率で起こ
っていると思われる。
In consideration of the above, if the effect of reducing light emission due to free daunomycin is removed, correction can be made after the saturation binding ratio in the graph shown in FIG. The corrected graph is shown in FIG. According to the graph after the correction, the light emission increases up to the saturation binding ratio and does not change thereafter. In addition, the increase in light emission reaches a relative light emission amount of about 90 or more. This indicates that daunomycin efficiently suppressed the binding of the ruthenium complex to DNA. At this time, if the binding position of the ruthenium complex and the binding position of daunomycin do not overlap, it is considered that the binding is not inhibited. The binding of the ruthenium complex to DNA occupies 5 out of 40 base pairs as described above. At this time, there is an empty space for about 35 base pairs. When the concentration of daunomycin is low, the ruthenium complex can bind to DNA without being inhibited (repressed) by daunomycin if it binds to such a space. However, as shown in the graph, the luminescence began to increase from a low daunomycin concentration, and the relative luminescence almost approached 100 near the saturation binding ratio. This indicates that daunomycin inhibits the binding of the ruthenium complex even at a low concentration. As described above, it has been revealed that the ruthenium complex binds more strongly to the AT sequence than to the GC sequence of DNA. As described above, daunomycin also strongly binds to the AT sequence. This suggests that daunomycin and the ruthenium complex have the same binding sites, and thus the above-described binding inhibition occurs with high efficiency.

【0082】さらにダウノマイシンを構成するダウノサ
ミンの存在が重要であると考えられる。ダウノサミンの
アミノ基はDNAのリン酸基に静電結合することからわ
かるように、塩基対間にインターカレートせずにグルー
ブ内に存在していると思われる。ダウノサミンがマイナ
ーグルーブに存在しているならばメジャーグルーブが空
いているためルテニウム錯体が結合可能となるが、それ
では上記にあるような高効率の結合阻害は起きない。よ
ってダウノサミンはメジャーグルーブ内に存在しルテニ
ウム錯体の結合を強く阻害していると考えられる。
Further, it is considered that the presence of daunosamine constituting daunomycin is important. As can be seen from the fact that the amino group of daunosamine is electrostatically bonded to the phosphate group of DNA, it is thought that the amino group is present in the groove without intercalation between base pairs. If daunosamine is present in the minor groove, the major groove is vacant and the ruthenium complex can be bound, but the high-efficiency binding inhibition as described above does not occur. Therefore, it is considered that daunosamine is present in the major groove and strongly inhibits the binding of the ruthenium complex.

【0083】以上のことをまとめると、ダウノマイシン
はルテニウム錯体のDNAへの結合を高効率で阻害(抑
制)することから、ルテニウム錯体と結合性の良いAT
配列に結合し、またその際、ダウノサミンがメジャーグ
ルーブ内に存在することが結合阻害効果をさらに高めて
いるものと結論付けられる。
To summarize the above, daunomycin inhibits (suppresses) the binding of ruthenium complex to DNA with high efficiency.
It is concluded that the binding to the sequence and the presence of daunosamine in the major groove further enhances the binding inhibitory effect.

【0084】アクチノマイシンD アクチノマイシンD(Actinomycin D) をあらかじめ作用
させたDNAにルテニウム錯体を共存させたときに発光
測定を行った結果を図22に示す。図のグラフは薬物量
−発光曲線であり、その様式はシスプラチン、ダウノマ
イシンのときと同様である。アクチノマイシンDは図に
示すようにフェノキサゾン骨格と二つのペプチドラクト
ン環から成る抗生物質である。アクチノマイシンDはフ
ェノキサゾン骨格がDNAにインターカレートしさらに
二つのペプチドラクトン環がそれぞれ逆方向(DNA鎖
の上流方向と下流方向)に配向し、マイナーグルーブに
結合することによってRNA合成を選択的に阻害すると
されている。インターカレーションとマイナーグルーブ
への配向によるDNAへの結合には5〜6塩基対が必要
であるといわれている。結合する塩基配列はダウノマイ
シンと異なりG・C(グアニン・シトシン)配列である
とされている。また本例におけるDNA量は塩基対換算
で14.4μM である。
Actinomycin D FIG. 22 shows the result of luminescence measurement when a ruthenium complex was allowed to coexist with DNA on which actinomycin D had been acted on beforehand. The graph in the figure is a drug amount-luminescence curve, in the same manner as in the case of cisplatin and daunomycin. Actinomycin D is an antibiotic consisting of a phenoxazone skeleton and two peptide lactone rings as shown in the figure. In actinomycin D, phenoxazone skeleton is intercalated into DNA, and two peptide lactone rings are oriented in opposite directions (upstream and downstream of DNA strand), respectively, and bind to minor groove to selectively perform RNA synthesis. It is said to inhibit. It is said that 5 to 6 base pairs are required for binding to DNA by intercalation and orientation to minor grooves. The binding base sequence is different from daunomycin and is considered to be a GC (guanine / cytosine) sequence. The amount of DNA in this example is 14.4 μM in terms of base pairs.

【0085】図の発光曲線(DNA(-))より、アクチノマイ
シンDのみ共存するときは薬物量が増大しても発光量に
大きな変化は観測されなかった。これはアクチノマイシ
ンDはルテニウム錯体の電気化学発光に大きな影響を与
えないことを表している。一方、左図のグラフ(DNA(+))
より、あらかじめアクチノマイシンDを作用させたDN
Aの共存下ではシスプラチンやダウノマイシンのように
DNAに作用する薬物量の増大にともなう発光量の増加
は観測されなかった。しかしアクチノマイシンD量が過
剰に存在するときには発光量の増大が見られた。
From the luminescence curve (DNA (-)) shown in the figure, when only actinomycin D was present, no significant change was observed in the luminescence even if the amount of drug was increased. This indicates that actinomycin D does not significantly affect the electrochemiluminescence of the ruthenium complex. On the other hand, the graph in the left figure (DNA (+))
More specifically, DN in which actinomycin D was previously acted on
In the coexistence of A, no increase in the amount of luminescence associated with an increase in the amount of drug acting on DNA, such as cisplatin or daunomycin, was observed. However, when the amount of actinomycin D was excessive, the amount of luminescence increased.

【0086】つぎにアクチノマイシンDとDNAとの間
の飽和結合比を求めた。その結果を図23に示す。グラ
フの様式は図19のダウノマイシンの場合と同様であ
る。飽和結合比におけるDNAに対するアクチノマイシ
ンDの相対量は0.22であった。すなわちアクチノマイシ
ンDはDNA4.55塩基対に一分子結合することがわかっ
た。アクチノマイシンDがDNAに結合する際に占有す
る塩対数(5〜6塩基対)を考慮にいれると、飽和結合
状態ではアクチノマイシンDはDNAの全塩基対に結合
していることになる。この飽和結合比を図22の薬物量
−発光曲線に適用し、鎖線で表した。
Next, the saturation binding ratio between actinomycin D and DNA was determined. The result is shown in FIG. The format of the graph is the same as that for daunomycin in FIG. The relative amount of actinomycin D to DNA at the saturation binding ratio was 0.22. That is, it was found that actinomycin D binds one molecule to 4.55 base pairs of DNA. Taking into account the number of salt pairs occupied by actinomycin D when binding to DNA (5 to 6 base pairs), actinomycin D is bound to all base pairs of DNA in a saturated binding state. This saturation binding ratio was applied to the drug amount-luminescence curve of FIG. 22 and represented by a dashed line.

【0087】以上のことを考慮にいれると薬物量−発光
曲線は飽和結合比に達するまでは発光の増加は見られな
いが、飽和結合比に達した後では発光が増加しているこ
とが示された。飽和結合比に達する前では、発光の増加
が見られないことから考えてもルテニウム錯体のDNA
への結合は阻害(抑制)されないのではないかと考えら
れる。また飽和結合比に達した後では、発光の増加が観
測されることから、ルテニウム錯体のDNAへの結合が
阻害(抑制)されるものと思われる。この飽和結合の前
後におけるアクチノマイシンDによるルテニウム錯体の
DNAへの結合阻害の違いが生じるとするならば二つの
問題が生じてくる。すなわち飽和結合比に達する前で
は、アクチノマイシンDが既にDNAに結合しているに
も関わらず、ルテニウム錯体がさらに結合することがで
きなければならない。また飽和結合比に達した後では、
飽和量以上加えた遊離状態にあるアクチノマイシンDが
逆にルテニウム錯体のDNAへの結合を阻害できなけれ
ばならない。
In consideration of the above, the increase in luminescence was not observed until the saturation binding ratio was reached in the drug amount-luminescence curve, but it was shown that the luminescence increased after reaching the saturation binding ratio. Was done. Before reaching the saturation bond ratio, the DNA of the ruthenium complex is considered from the fact that no increase in luminescence is observed.
It is thought that the binding to is not inhibited (suppressed). Further, after reaching the saturated bond ratio, an increase in light emission is observed, so that it is considered that the binding of the ruthenium complex to DNA is inhibited (suppressed). If there is a difference in the inhibition of the binding of the ruthenium complex to DNA by actinomycin D before and after the saturation binding, two problems arise. That is, before reaching the saturation binding ratio, the ruthenium complex must be able to further bind even though actinomycin D has already bound to DNA. After reaching the saturation bond ratio,
Actinomycin D in a free state added in excess of the saturation amount must be able to inhibit the binding of the ruthenium complex to DNA.

【0088】まず飽和結合以前における場合について説
明する。アクチノマイシンDが既にDNAに結合してい
る状態でさらにルテニウム錯体が結合するためにはつぎ
の三つの場合が考えられる。:アクチノマイシンDが
ルテニウム錯体の結合によりDNAから脱離する。:
アクチノマイシンDが結合していない隙間の塩基対にル
テニウム錯体が結合する。:アクチノマイシンDはD
NAのマイナーグルーブ側に結合しているため、ルテニ
ウム錯体は空いているメジャーグルーブ側にさらに結合
する。まずの場合について検討を加える。アクチノマ
イシンDが飽和結合したDNAにたいしてルテニウム錯
体を加え、その後脱離したアクチノマイシンDをモルカ
ットによって分離したところ、濾液には脱離したアクチ
ノマイシンDは検出されなかった。このことから、ルテ
ニウム錯体によるアクチノマイシンDの脱離(置換)は
起こらないものと思われる。次にの場合では、アクチ
ノマイシンD濃度が低い状態では隙間の塩基対に結合す
ることも考えられるが、飽和結合状態では既述したよう
にアクチノマイシンDはDNAの全塩基対を占有してい
るので空いている塩基対は存在せず、ルテニウム錯体の
結合に対して阻害効果が起こるはずである。しかし図2
2の結果が示すように結合阻害による発光の増加は全く
見られない。したがってのような場合は起こらない
か、もしくはアクチノマイシンDはDNAに結合してい
てもほとんどルテニウム錯体の結合阻害を行わないもの
と考えられる。つまり、の場合にあるように、アクチ
ノマイシンDが結合するマイナーグルーブの裏側のメジ
ャーグルーブにルテニウム錯体は結合することができる
ものと思われる。またアクチノマイシンDはルテニウム
錯体とは異なりDNAのG・C配列に強く結合すること
もルテニウム錯体の結合阻害が起こらないことに起因し
ているものと思われる(ルテニウム錯体はA・T配列に
強く結合する)。
First, the case before the saturation coupling will be described. The following three cases can be considered for further binding of the ruthenium complex with actinomycin D already bound to DNA. : Actinomycin D is detached from DNA by binding of a ruthenium complex. :
The ruthenium complex binds to the base pair in the gap where actinomycin D is not bound. : Actinomycin D is D
Since the ruthenium complex is bonded to the minor groove side of NA, the ruthenium complex is further bonded to the vacant major groove side. Consider the first case. When the ruthenium complex was added to the DNA to which actinomycin D was saturated and bound, and then the detached actinomycin D was separated by mole cut, the detached actinomycin D was not detected in the filtrate. From this, it seems that elimination (substitution) of actinomycin D by the ruthenium complex does not occur. In the following case, when the actinomycin D concentration is low, it is conceivable that the actinomycin D binds to the base pairs in the gap, but in the saturated binding state, actinomycin D occupies all the base pairs of DNA as described above. Therefore, there should be no free base pairs and an inhibitory effect on the binding of the ruthenium complex should occur. But Figure 2
As the result of No. 2 shows, no increase in luminescence due to binding inhibition is observed at all. Therefore, it is considered that such a case does not occur, or that actinomycin D hardly inhibits the binding of the ruthenium complex even when bound to DNA. That is, it is considered that the ruthenium complex can bind to the major groove on the back side of the minor groove to which actinomycin D binds. Also, actinomycin D, unlike the ruthenium complex, strongly binds to the GC sequence of DNA, which is considered to be due to the fact that the binding inhibition of the ruthenium complex does not occur. Join).

【0089】飽和結合比以後について説明する。飽和結
合を越えて加えられたアクチノマイシンDは、図23に
示すように遊離状態にある。しかし薬物量−発光曲線
(図22)からわかるように飽和結合以後に発光は増加
しており、これはルテニウム錯体のDNAへの結合が阻
害されていることを表している。MullerとCrothersらは
アクチノマイシンDとDNAが結合するとき初期段階に
おいてDNA鎖とアクチノマイシンDが水素結合すると
いう報告を行っている。このことを考慮にいれると、飽
和結合以後に加えられ、DNAと結合できなかったアク
チノマイシンDはDNAと水素結合することによってD
NA分子の周りに存在し、ルテニウム錯体の結合を阻害
するのではないかと思われる。
A description will be given of the operation after the saturation bond ratio. Actinomycin D added beyond the saturation bond is in a free state as shown in FIG. However, as can be seen from the drug-luminescence curve (FIG. 22), the luminescence increased after the saturation binding, indicating that the binding of the ruthenium complex to DNA was inhibited. Muller and Crothers et al. Have reported that when a DNA binds to actinomycin D, the DNA strand and actinomycin D form a hydrogen bond at an early stage. With this in mind, actinomycin D, which was added after the saturation bond and could not bind to DNA, becomes
It is likely that it exists around the NA molecule and inhibits the binding of the ruthenium complex.

【0090】以上のことをまとめると、アクチノマイシ
ンDがあらかじめ結合したDNAの共存下ではシスプラ
チンや、ダウノマイシンの場合と異なり発光の増加は観
察されなかった。これはアクチノマイシンDの結合様式
がマイナーグループ結合であるために、メジャーグルー
プ結合性のルテニウム錯体はアクチノマイシンDによる
結合阻害を受けず、アクチノマイシンDが既に結合して
いるにも関わらずさらにルテニウム錯体がDNAに結合
できることを意味していると思われる。
In summary, no increase in luminescence was observed in the presence of DNA to which actinomycin D had been previously bound, unlike in the case of cisplatin or daunomycin. This is because, since the binding mode of actinomycin D is a minor group bond, the ruthenium complex having a major group binding is not inhibited by actinonomycin D binding, and even though actinomycin D is already bound, the ruthenium complex is further increased. It may mean that the complex can bind to DNA.

【0091】クロモマイシンA3 クロモマイシンA3 (Chromomycin A3)をあらかじめ作用
させたDNAにルテニウム錯体を共存させたときに発光
測定を行った結果を図24に示す。クロモマイシンA3
は図に示すようなクロモマイシノン環とその両側の計5
個の糖鎖(ヘキサピラノース)から成る抗生物質であ
る。DNAのG・C(グアニン・シトシン)配列に結合
しRNA合成を阻害するが、DNA合成阻害活性は小さ
い。その結合様式は最近の研究によって次のように明ら
かになってきている。クロモマイシンA3 はマグネシウ
ムイオン(Mg2+ ) 等の2価の金属イオンの共存下に、ク
ロモマイシンA3 :Mg2+:DNA鎖=2:1:1のモル
比でDNA鎖に結合する。その際、二つのクロモマイシ
ンA3 分子はDNA鎖のマイナーグルーブの中か、もし
くはそれに沿う形で2分子が点対称で並んで結合してい
る。そのとき結合に要する塩基対数はクロモマイシンA
3 2分子で約6塩基対であると言われている。なお、D
NA量は塩基対換算で14.9μM である。
[0091] The results of light emission measured when allowed to coexist chromomycin A 3 chromomycin A 3 (Chromomycin A 3) ruthenium complex in advance was allowed to act DNA are shown in Figure 24. Chromomycin A 3
Is a chromomycinone ring as shown in the figure and a total of 5
It is an antibiotic consisting of two sugar chains (hexapyranose). It binds to the GC (guanine / cytosine) sequence of DNA and inhibits RNA synthesis, but its DNA synthesis inhibitory activity is small. Recent studies have revealed the binding mode as follows. Chromomycin A 3 binds to a DNA chain in the presence of a divalent metal ion such as magnesium ion (Mg 2+ ) in a molar ratio of chromomycin A 3 : Mg 2+ : DNA chain = 2: 1: 1. . At that time, two chromomycin A 3 molecule either in the minor groove of DNA strands, or 2 molecules in line with it is attached in line at point symmetry. At this time, the number of base pairs required for binding is chromomycin A.
3 two molecules are said to be about 6 base pairs. Note that D
The amount of NA is 14.9 μM in terms of base pairs.

【0092】クロモマイシンA3 の結合様式は前記のア
クチノマイシンDの結合様式と類似点が多くみられる。
結合における塩基配列特異性、およびRNA合成を阻害
する点などが類似点であるが、最も重要な点はアクチノ
マイシンD、クロモマイシンA3 ともにDNAのマイナ
ーグルーブに結合し、メジャーグルーブは空いている点
である。上記の「アクチノマイシンD」の項の最後で述
べたようにマイナーグルーブ結合性の薬物はルテニウム
錯体のDNAへの結合を阻害できないとすれば、このク
ロモマイシンA3 の場合もアクチノマイシンDと同様の
発光特性が得られるものと考えられる。
[0092] the binding mode of chromomycin A 3 can be seen are many similarities with the binding mode of the actinomycin D.
Nucleotide sequence specificity in binding, and the like that inhibit RNA synthesis is similar points, bound to most importantly actinomycin D, chromomycin A 3 both the minor groove of DNA, major groove is empty Is a point. If the above "actinomycin D" last minor groove binding drugs as described in the section can not inhibit the binding of DNA ruthenium complex, as with actinomycin D in the case of this chromomycin A 3 It is considered that the light-emitting characteristics described above can be obtained.

【0093】発光特性および飽和結合の結果は次に示す
ようなものになった。薬物量−発光曲線におけるグラフ
(DNA(-))より、クロモマイシンA3 のみ共存するときは
薬物量が増大しても発光量に大きな変化は観測されなか
った。これはクロモマイシンA3 自身はルテニウム錯体
の電気化学発光に大きな影響を与えないことを表してい
る。一方、左図のグラフ(DNA(+))より、あらかじめクロ
モマイシンA3 を作用させたDNAの共存下ではシスプ
ラチンやダウノマイシンのようにDNAに作用する薬物
量の増大にともなう発光量の増加は観測されなかった。
しかしクロモマイシンA3 量が過剰に存在するときには
発光量の増大が見られた。
The results of the light emission characteristics and the saturation coupling were as follows. Graph in drug amount-luminescence curve
(DNA (-)) than, large change in light emission amount even amount of drug when coexist only chromomycin A 3 increases was observed. This chromomycin A 3 itself represents that does not have a significant effect on the electrochemiluminescence of the ruthenium complexes. On the other hand, from the graph shown on the left (DNA (+)), an increase in light emission amount with increasing amount of drug that acts on DNA such as cisplatin and daunomycin are in the presence of reacted beforehand chromomycin A 3 DNA observed Was not done.
However, when the amount of chromomycin A 3 was excessive, the amount of luminescence increased.

【0094】つぎにクロモマイシンA3 とDNAの飽和
結合比を求めた。その結果を図25に示す。グラフの様
式は図19のダウノマイシンの場合と同様である。飽和
結合比におけるDNAに対するクロモマイシンA3 の相
対量は0.35であった。すなわちクロモマイシンA3 はD
NA2.85塩基対に一分子結合することがわかった。クロ
モマイシンA3 は2分子で約6塩基対を占有するので1
分子当たりでは約3塩基対になる。よって飽和結合状態
ではアクチノマイシンDの場合と同様に、クロモマイシ
ンA3 はDNAのほぼ全塩基対を占有していることにな
る。この飽和結合比を図24の薬物量−発光曲線に適用
し、鎖線で表した。
[0094] then calculated saturation binding ratio of chromomycin A 3 and DNA. FIG. 25 shows the result. The format of the graph is the same as that for daunomycin in FIG. The relative amounts of chromomycin A 3 to the DNA in a saturated bond ratio was 0.35. That is, chromomycin A 3 is D
It was found that one molecule binds to NA 2.85 base pairs. Chromomycin A 3 occupies about 6 base pairs in 2 molecules, so 1
It is about 3 base pairs per molecule. Thus as in the case of actinomycin D is a saturated bond state, chromomycin A 3 will be occupying almost all base pairs of DNA. This saturation binding ratio was applied to the drug amount-emission curve of FIG. 24 and represented by a chain line.

【0095】以上の結果から明らかなようにクロモマイ
シンA3 の発光特性はアクチノマイシンDと非常に相同
性の良いものとなった。このことから、マイナーグルー
ブ結合性の薬物の場合、ルテニウム錯体のDNAへの結
合阻害は起きず発光の増加は観測されないということが
示唆された。
[0095] emission characteristics of chromomycin A 3 As is apparent from the above results was a good very homologous with actinomycin D. This suggested that in the case of a minor groove-binding drug, the binding of the ruthenium complex to DNA did not occur, and no increase in luminescence was observed.

【0096】以上を総合すると次のようになる。4種類
の抗ガン剤、抗ウイルス剤、すなわち、シスプラチン、
ダウノマイシン、アクチノマイシンD、クロモマイシン
3 についてDNA共存下でのルテニウム錯体の電気化
学発光特性を検討し、それぞれの結合様式について考察
を加えた。その結果、次に示すような知見を得た。
The above is summarized as follows. Four anti-cancer and anti-viral agents, namely cisplatin,
Daunomycin, actinomycin D, consider electrochemiluminescent properties of the ruthenium complex with DNA presence for chromomycin A 3, were discussed each binding mode. As a result, the following findings were obtained.

【0097】 シスプラチンはDNAのメジャーグル
ーブに結合するか、もしくはインターカレートし、また
その結合は近隣排除則に従わずに2塩基対に1個以上起
こることが示された。またメジャーグルーブに結合する
ことによりルテニウム錯体の結合阻害効果を示す。
Cisplatin binds to or intercalates with major grooves in DNA, and that binding has been shown to occur more than once every two base pairs without obeying the neighborhood exclusion rule. Also, by binding to a major groove, the compound exhibits a binding inhibiting effect of a ruthenium complex.

【0098】 ダウノマイシンはルテニウム錯体のD
NAへの結合を高効率で阻害することから、ルテニウム
錯体と接合性の良いAT部位に結合する。この際、ダウ
ノサミンがメジャーグルーブ内に存在することが結合阻
害効果を強めているものと結論される。
Daunomycin is the ruthenium complex D
Since it inhibits the binding to NA with high efficiency, it binds to the AT site having good conjugation with the ruthenium complex. At this time, it is concluded that the presence of daunosamine in the major groove enhances the binding inhibitory effect.

【0099】 アクチノマイシンDがあらかじめ結合
したDNAの場合にはシスプラチンやダウノマイシンの
場合と異なり、ルテニウム錯体の結合阻害は起こらな
い。これはアクチノマイシンDの結合様式がマイナーグ
ルーブ結合であるために、メジャーグルーブ結合性のル
テニウム錯体はアクチノマイシンDによる結合阻害を受
けず、アクチノマイシンDが既に結合しているにも関わ
らずさらにルテニウム錯体がDNAに結合できることを
表している。
In the case of DNA to which actinomycin D is bound in advance, unlike the case of cisplatin or daunomycin, the binding of the ruthenium complex is not inhibited. This is because, since the binding mode of actinomycin D is a minor groove bond, the ruthenium complex having major groove binding is not inhibited by actinomycin D binding, and even though actinomycin D is already bound, the ruthenium complex is further increased. It indicates that the complex can bind to DNA.

【0100】 アクチノマイシンDと良く似た結合様
式を呈するクロモマイシンA3 の発光特性はアクチノマ
イシンDと非常に相同性の良いものとなった。このこと
から、マイナーグルーブ結合性の薬物の場合、ルテニウ
ム錯体のDNAへの結合阻害は起きないために発光の増
加は観測されないということが示された。
[0100] emission characteristics of chromomycin A 3 that exhibit very similar binding modes and actinomycin D was a good thing very homology with actinomycin D. This indicates that, in the case of a drug having a minor groove binding, no increase in luminescence is observed because the binding of the ruthenium complex to DNA is not inhibited.

【0101】以上のことを考え合わせるとルテニウム錯
体の電気化学発光特性の変化によって、DNA作用薬物
の結合位置がマイナーグルーブであるかメジャーグルー
ブであるかを推定できる。それを表した図を図26に示
す。すなわち、メジャーグルーブに薬物の一部、もしく
は全体が存在する場合、ルテニウム錯体の結合阻害が起
こり発光の増加が観察される。マイナーグルーブに薬物
が存在する場合、そうした結合阻害は起こらず、発光の
増加も実質的に観察されない。
Considering the above, it is possible to estimate whether the binding position of the DNA drug is a minor groove or a major groove by changing the electrochemiluminescence characteristics of the ruthenium complex. FIG. 26 shows this. That is, when a part or the whole of the drug is present in the major groove, the binding of the ruthenium complex is inhibited, and an increase in light emission is observed. When the drug is present in the minor groove, such binding inhibition does not occur, and substantially no increase in luminescence is observed.

【0102】in vivo系により近い状態での本法の評価 本例において取り上げたシスプラチン、アクチノマイシ
ンDなどの抗ガン剤、抗ウイルス剤が実際にその薬効を
発揮する環境は当然 in vivoである。しかし、本例での
評価はin vitroで行っている。そこで本法の有効性を i
n vivo系により近い状態としてヒストン共存下で評価す
ることにした。その結果を表4に示す。
Evaluation of this Method in a State Closer to the In Vivo System The environment in which the anticancer agents and antiviral agents such as cisplatin and actinomycin D taken up in this example actually exert their pharmacological effects is naturally in vivo. However, the evaluation in this example is performed in vitro. Therefore, the validity of this method is i
We decided to evaluate it in the presence of histones as a state closer to the n vivo system. Table 4 shows the results.

【0103】[0103]

【表4】 [Table 4]

【0104】発光量はの場合を100 とした相対値で評
価した。での発光量(70.0)が、における発光量(65.
9)より大きいことがわかる。はヒストンを作用させた
DNAの共存下での発光であり、はDNAのみ共存し
ている場合の発光である。このことはヒストンがDNA
に結合することによってルテニウム錯体のDNAへの結
合が阻害されることを示している。ルテニウム錯体に比
べヒストンのような大きな分子がDNAに結合すること
で錯体の結合が阻害されるのは当然予想された現象であ
るが、これによって過剰量のヒストンの共存下ではDN
Aがすべてヒストンで覆われてしまう。そのためルテニ
ウム錯体は薬物を加えなくともヒストンによってDNA
への結合が完全に阻害されてしまう。従って、ヒストン
結合は本法の評価にとって必ずしも都合の良い因子では
ないことがわかる。しかし本方で用いた低濃度のヒスト
ン共存下では結合阻害も小さく、薬物の評価には差し支
えないと思われる。とを比べた場合、での発光量
がに比べ著しく大きい。およびではDNAに対し
飽和量の半分以下のシスプラチンしか結合していない。
そのためシスプラチンによる結合阻害効果も小さく発光
の増加も小さいはずである。にもかかわらず、ヒストン
が共存しているの場合発光がに比べて著しく増加し
ている。これはヒストンによるルテニウム錯体の結合阻
害とシスプラチンによるものの相乗効果によって、加え
たシスプラチン量に相当する以上の結合阻害が起こって
いることを示している。以上のことを考慮すると、本手
法はヒストン等のDNA結合性タンパク質の共存下では
薬物自身による阻害効果とタンパク質による阻害効果を
区別できないことを示している。このため本手法はDN
A分子と薬物間の結合が直接起こるin vitro系での評価
法と考えるのが適切と思われる。
The amount of luminescence was evaluated as a relative value with 100 being the case. The light emission amount at (70.0) is the light emission amount at (65.
9) It turns out that it is bigger. Is the luminescence in the presence of the DNA with the histone, and is the luminescence in the case of the coexistence of the DNA alone. This means that histones are DNA
Shows that the binding of the ruthenium complex to DNA is inhibited by binding to. It is an expected phenomenon that the binding of the complex is inhibited by the binding of a large molecule such as a histone to DNA as compared with the ruthenium complex.
A is all covered with histone. Therefore, the ruthenium complex can be converted into DNA by histone without adding a drug.
Binding is completely inhibited. Therefore, it can be seen that histone binding is not always a convenient factor for the evaluation of the present method. However, in the presence of the low-concentration histone used in this study, the binding inhibition was small, and it seems to be sufficient for drug evaluation. When compared with, the light emission amount is significantly larger than. In and, only less than half the saturation amount of cisplatin is bound to DNA.
Therefore, the binding inhibitory effect of cisplatin should be small and the increase in luminescence should be small. Nevertheless, when histones coexist, luminescence is significantly increased. This indicates that the synergistic effect of the inhibition of ruthenium complex binding by histone and that by cisplatin resulted in the inhibition of binding exceeding the amount of cisplatin added. Considering the above, this method indicates that the inhibitory effect of the drug itself and the inhibitory effect of the protein cannot be distinguished in the presence of a DNA-binding protein such as histone. For this reason, this method uses DN
It seems appropriate to consider this as an evaluation method in an in vitro system in which binding between the A molecule and the drug occurs directly.

【0105】本例では、系中にヒストンを加えること
で、 in vivoに近い状態としている。しかしファージ由
来のλDNAと牛胸腺由来のヒストンが正確に in vivo
におけるDNAのクロマチン構造をとることができるか
否かは明らかではない。一方、抗ガン剤が作用するDN
Aはクロマチン構造をとったDNAではなく、ヒストン
など結合していない“裸のDNA" である可能性もあ
る。つまり抗ガン剤などの薬物が主に効力を発揮するガ
ン細胞や骨髄細胞のような細胞は生体内でも非常に活発
な細胞であるためDNAの転写、複製も盛んに行われて
いる。そのためこうした細胞のDNAの相当量はクロマ
チン構造をとらず、DNA分子のままで活発に転写、複
製反応を行い、抗ガン剤などの薬物も“裸のDNA”に
作用する。その結果、薬効が主にこのように活発な細胞
にあらわれるものと思われる。
In this example, a state close to in vivo is obtained by adding a histone to the system. However, phage-derived lambda DNA and bovine thymus-derived histones are accurately expressed in vivo.
It is not clear whether or not the chromatin structure of DNA can be taken. On the other hand, DN on which anticancer drugs act
A may not be DNA having a chromatin structure, but may be "naked DNA" that is not bound, such as histone. In other words, cells such as cancer cells and bone marrow cells, in which drugs such as anticancer drugs mainly exert their effects, are very active cells even in the living body, so that transcription and replication of DNA are actively performed. Therefore, a considerable amount of the DNA of such cells does not have a chromatin structure, and actively performs transcription and replication reactions as DNA molecules, and drugs such as anticancer drugs act on “naked DNA”. As a result, it is considered that the medicinal effect mainly appears in such active cells.

【0106】[0106]

【効果】以上のように本例では、 Ru(phen)3 2+を電気化
学発光プローブとしてシスプラチン、ダウノマイシン、
アクチノマイシンD、クロモマイシンA3 の4種の薬物
をDNAとの結合様式を評価する目的で適用した。その
結果、これらの薬物をあらかじめ作用させたDNAの共
存下でのルテニウム錯体の電気化学発光特性は、それぞ
れの薬物の結合様式を反映する。すなわち、薬物量−発
光曲線を利用することによってそれぞれの薬物の結合様
式を分類できる。具体的には、薬物量−発光曲線が右上
がりのグラフになる場合はDNAのメジャーグルーブに
薬物が配置していることを表しており、発光曲線が横軸
に実質的に平行な場合は薬物はDNAのメジャーグルー
ブ以外の部分(マイナーグループ)に配置していること
を表している。
In this embodiment as EFFECT above, Ru (phen) 3 2+ cisplatin as electrochemiluminescence probe, daunomycin,
Actinomycin D, 4-drug of chromomycin A 3 was applied for the purpose of evaluating the binding mode of the DNA. As a result, the electrochemiluminescence characteristics of the ruthenium complex in the presence of DNA in which these drugs have been acted in advance reflect the binding mode of each drug. That is, the binding mode of each drug can be classified by using the drug amount-luminescence curve. Specifically, when the curve of the amount of drug-luminescence becomes an upward-sloping graph, it indicates that the drug is arranged in the major groove of DNA, and when the luminescence curve is substantially parallel to the horizontal axis, the drug is measured. Indicates that the DNA is arranged in a portion other than the major groove (minor group) of the DNA.

【0107】また本法を in vivo系により近い状態(ヒ
ストン共存下)で評価したところ、ヒストンと薬物によ
るルテニウム錯体のDNAへの結合阻害が同時に起こる
ために、薬物独自の効果を評価することが困難になるこ
とを示唆する結果が得られたので、これによって本法は
in vitro系に適用することが妥当である。
Further, when this method was evaluated in a state closer to the in vivo system (in the presence of histone), the inhibition of binding of the ruthenium complex to DNA by the histone and the drug occurred simultaneously. The results suggest that it would be difficult,
Appropriate for application to in vitro systems.

【0108】以上の全体により得られた結果を要約する
と次のようになる。
The results obtained as a whole are summarized as follows.

【0109】 Ru(phen)3 2+等のフェナントロリン化
合物やビピリジンをリガンドとするルテニウム錯体は、
電気化学発光し、DNA共存下においてルテニウム錯体
の発光はDNA量の増大とともに減少した。これにより
DNAと相互作用する Ru(phen)3 2+等の電気化学発光
が、DNAに作用する薬物に対するプローブとして利用
できる。
A ruthenium complex using a phenanthroline compound such as Ru (phen) 3 2+ or a bipyridine as a ligand is
Electrochemiluminescence was performed, and in the presence of DNA, the luminescence of the ruthenium complex decreased as the amount of DNA increased. Thus electrochemiluminescence such Ru (phen) 3 2+ to interact with DNA can be utilized as a probe to drugs that act on DNA.

【0110】 Ru(phen)3 2+等を電気化学発光プロー
ブとしてDNA作用薬物に対し適用したところ、薬物を
あらかじめ作用させたDNAの共存下でのルテニウム錯
体の電気化学発光特性は、それぞれの薬物の結合様式を
反映して変化する。
When Ru (phen) 3 2+ or the like was applied to a DNA-acting drug as an electrochemiluminescent probe, the electrochemiluminescent properties of the ruthenium complex in the presence of DNA in which the drug had previously acted were determined for each drug. Changes to reflect the binding mode of

【0111】 あらかじめ薬物を作用させたDNAの
共存下での薬物量−発光曲線を利用することによって、
それぞれの薬物の結合様式を分類できる。すなわち薬物
量−発光曲線が右上がりのグラフになる場合はDNAの
メジャーグルーブに薬物が位置していることが判別さ
れ、発光曲線が横軸に実質的に平行な場合は薬物はDN
Aのメジャーグルーブ以外の部分(マイナーグルーブ)
に位置していることが判別される。
By utilizing a drug amount-luminescence curve in the presence of DNA in which a drug has been acted on beforehand,
The binding mode of each drug can be classified. In other words, when the curve of the amount of drug-emission curve rises to the right, it is determined that the drug is located in the major groove of the DNA. When the emission curve is substantially parallel to the horizontal axis, the drug is DN.
Part other than the major groove of A (minor groove)
Is determined.

【0112】以上の結果より、 Ru(phen)3 2+等のルテニ
ウム錯体を電気化学発光プローブとして利用することに
より、DNAに作用する抗ガン剤、抗ウイルス剤の結合
様式に関して様々な知見が得られることが明らかとなっ
た。
[0112] From the above results, by using the Ru (phen) 3 2+ ruthenium complexes such as electrochemiluminescence probe, anticancer agents that act on DNA, various information for binding mode of antiviral agents obtained It became clear that it could be done.

【0113】本例で用いた電気化学発光プローブは Ru
(phen)3 2+であるが、ルテニウムの錯体はこれに限らず
様々なものが知られている。それらの中には Ru(phen)3
2+とは異なった作用を示すものもある。例えば、リガン
ドをフェナントロリンからジフェニルフェナントロリン
(DIP) に変換したRu(DIP)3 2+は、 Ru(phen)3 2+よりもD
NAに対する結合力は強い。
The electrochemiluminescent probe used in this example is Ru
is a (phen) 3 2+, complexes of ruthenium are known various ones not limited thereto. Some of them are Ru (phen) 3
Some have a different effect than 2+ . For example, the ligand can be changed from phenanthroline to diphenylphenanthroline.
Ru converted to (DIP) (DIP) 3 2+ is, Ru (phen) 3 D than 2+
Strong binding to NA.

【0114】DNAに作用するものは、上記のような薬
物だけではなくDNA結合性タンパク質などを始めとす
る多くの生体物質がある。このような物質は多くの生体
情報を司るDNAに対し様々な作用を行うことによっ
て、生体反応に多大な影響を与えている。本法を用いる
ことにより、DNAに作用する薬物の結合位置がメジャ
ーグルーブ側であるか、マイナーグルーブ側であるかの
判定を行なうことが出来る。こうした知見はタンパク質
の作用機構の解明の上で重要である。そこで本法をDN
A結合タンパク質に適用すると、薬物のみならず種々の
タンパク質へと応用範囲を広げて行くことが可能にな
る。
Those acting on DNA include not only the above-mentioned drugs but also many biological substances such as DNA-binding proteins. Such a substance exerts a great influence on a biological reaction by performing various actions on DNA controlling many biological information. By using this method, it is possible to determine whether the binding position of a drug acting on DNA is on the major groove side or the minor groove side. These findings are important in elucidating the mechanism of action of proteins. Therefore, this method is called DN
When applied to the A-binding protein, it becomes possible to expand the application range not only to drugs but also to various proteins.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ルテニウムのフェナントロリン錯体の二つの鏡
像体のうちのΔ体が結合するときのその結合様式を示す
図である。
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a binding mode when a Δ-form of two enantiomers of a ruthenium phenanthroline complex is bound.

【図2】DNA結合薬物のスクリーニングの評価原理を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an evaluation principle of screening for a DNA-binding drug.

【図3】種種の薬物の化学構造を示す図である。FIG. 3 shows the chemical structures of various drugs.

【図4】λDNA共存下におけるルテニウム錯体の電気
化学発光特性を示す図である。
FIG. 4 is a graph showing the electrochemiluminescence characteristics of a ruthenium complex in the presence of λDNA.

【図5】遊離状態にある錯体量と電気化学発光量との関
係に基づく、薬物の結合様式の測定原理を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a principle of measuring a binding mode of a drug based on a relationship between an amount of a complex in a free state and an amount of electrochemiluminescence.

【図6】測定装置の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a measuring device.

【図7】電位走査、および発光パターンの概略図であ
る。
FIG. 7 is a schematic diagram of a potential scan and a light emission pattern.

【図8】シュウ酸ナトリウムを添加しない系での発光の
電位依存性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing potential dependence of light emission in a system to which sodium oxalate is not added.

【図9】シュウ酸ナトリウム(15mM)を添加した系での発
光の電位依存性を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing potential dependence of luminescence in a system to which sodium oxalate (15 mM) is added.

【図10】シュウ酸塩非共存下でのステップ電位と発光
パターンを示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a step potential and a light emission pattern in the absence of oxalate.

【図11】シュウ酸塩(15mM)共存下での電位変化、およ
び発光パターンを示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a potential change and a light emission pattern in the presence of oxalate (15 mM).

【図12】シュウ酸塩およびDNA共存下での発光パタ
ーンを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a luminescence pattern in the presence of oxalate and DNA.

【図13】シュウ酸塩非共存下の発光のルテニウム錯体
濃度依存性を示す図である。
FIG. 13 is a graph showing the dependence of light emission in the absence of oxalate on the concentration of a ruthenium complex.

【図14】シュウ酸塩(15mM)共存下の発光のルテニウム
錯体濃度依存性を示す図である。
FIG. 14 is a graph showing the dependence of luminescence in the presence of oxalate (15 mM) on the concentration of a ruthenium complex.

【図15】DNAと薬物の飽和結合比の測定方法を示す
概略図である。
FIG. 15 is a schematic diagram showing a method for measuring a saturation binding ratio between DNA and a drug.

【図16】シスプラチン量−発光曲線およびシスプラチ
ンの構造式を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a cisplatin amount-luminescence curve and a structural formula of cisplatin.

【図17】シスプラチンとDNAの2つの結合様式を示
す図である。
FIG. 17 is a diagram showing two binding modes of cisplatin and DNA.

【図18】ダウノマイシンを作用させたDNAにルテニ
ウム錯体を共存させたときの発光測定量を示す図であ
る。
FIG. 18 is a graph showing a measured luminescence when a ruthenium complex is allowed to coexist with DNA on which daunomycin has been acted.

【図19】ダウノマイシンとDNAの飽和結合比を示す
図である。
FIG. 19 is a graph showing a saturation binding ratio between daunomycin and DNA.

【図20】ダウノマイシンのDNAへの結合状態を示す
図である。
FIG. 20 is a diagram showing the state of binding of daunomycin to DNA.

【図21】発光測定量の補正後の状態を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a state after correction of a measured luminescence amount.

【図22】アクチノマイシンD(Actinomycin D) を作用
させたDNAにルテニウム錯体を共存させたときの発光
測定量を示す図である。
FIG. 22 is a graph showing measured luminescence when a ruthenium complex is allowed to coexist with DNA on which actinomycin D has been acted.

【図23】アクチノマイシンDとDNAとの間の飽和結
合比を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing a saturation binding ratio between actinomycin D and DNA.

【図24】クロモマイシンA3 を作用させたDNAにル
テニウム錯体を共存させたときの発光測定量を示す図で
ある。
24 is a diagram showing a light emission measurement amount when allowed to coexist ruthenium complex in DNA is reacted with chromomycin A 3.

【図25】クロモマイシンA3 とDNAの飽和結合比を
示す図である。
25 is a diagram showing a saturation binding ratio of chromomycin A 3 and DNA.

【図26】DNA作用薬物の結合位置を示す図である。FIG. 26 is a diagram showing the binding position of a drug acting on DNA.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 暗箱 2 フォトマルチプライヤーチューブ 3 電源 4 発光量測定部 5 ポテンシオスタット 6 ファンクションジェネレータ 7 オシロスコープ 8 記録部 9 電気化学セル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dark box 2 Photomultiplier tube 3 Power supply 4 Emission measurement part 5 Potentiiostat 6 Function generator 7 Oscilloscope 8 Recording part 9 Electrochemical cell

【化3】 Embedded image

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 特許法第30条第1項適用申請有り 平成4年3月19日発 行、電気化学協会第59回大会講演要旨集第262頁にて発 表。 (56)参考文献 特開 平2−11597(JP,A) 特開 平2−72900(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/76 C12Q 1/68 G01N 33/15 G01N 33/50 BIOSIS(DIALOG) WPI(DIALOG)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page Application for Article 30 (1) of the Patent Act has been made. Published on March 19, 1992, published in the Electrochemical Society of Japan 59th Annual Meeting Abstracts, p.262. (56) References JP-A-2-11597 (JP, A) JP-A-2-72900 (JP, A) (58) Fields studied (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 21/76 C12Q 1 / 68 G01N 33/15 G01N 33/50 BIOSIS (DIALOG) WPI (DIALOG)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 試料液中のDNA作用物質のDNAへの
結合様式を特定する方法において、前記試料液中にルテ
ニウム錯体を分散させ、これに電流を印加することによ
り電気化学的に発光させ、その発光の状態により、前記
DNA作用物質のDNAへの結合様式を特定することを
特徴とするDNA作用物質の結合様式特定方法。
1. A method for determining the mode of binding of a DNA agent in a sample solution to DNA, wherein the ruthenium complex is dispersed in the sample solution, and a current is applied to the ruthenium complex to cause electrochemical emission. A method for identifying the binding mode of a DNA agent, wherein the mode of binding of the DNA agent to DNA is identified based on the state of light emission.
【請求項2】 DNA作用物質の増量により、発光量が
増大する場合、該DNA作用物質がDNAのメジャーグ
ルーブへ結合していると判定し、一方、発光量が実質的
に増大しない場合、メジャーグルーブ以外に結合してい
ると判定する請求項1のDNA作用物質の結合様式特定
方法。
2. When the amount of luminescence increases due to an increase in the amount of a DNA agent, it is determined that the DNA agent is bound to a major groove of DNA, while when the amount of luminescence does not substantially increase, the major 2. The method for identifying a binding mode of a DNA active substance according to claim 1, wherein the binding mode is determined to be binding to other than the groove.
【請求項3】 前記ルテニウム錯体として、フェナント
ロリン系化合物をリガンドとして持つルテニウム錯体を
使用する請求項1または2のDNA作用物質の結合様式
特定方法。
3. The method according to claim 1, wherein a ruthenium complex having a phenanthroline compound as a ligand is used as the ruthenium complex.
【請求項4】 前記DNAとして、B型DNAを用い、
このB型DNAに、ルテニウム錯体のΔ体が結合するこ
とを利用する請求項1ないし3のいずれかのDNA作用
物質の結合様式特定方法。
4. A B-type DNA is used as the DNA,
4. The method for identifying a binding mode of a DNA agent according to any one of claims 1 to 3, which utilizes the fact that a Δ-form of a ruthenium complex binds to the B-type DNA.
【請求項5】 前記試料液中に、シュウ酸塩を共存させ
る請求項1ないし4のいずれかのDNA作用物質の結合
様式特定方法。
5. The method according to claim 1, wherein an oxalate is present in the sample solution.
【請求項6】 前記電流の印加方法として、ポテンシャ
ルステップ法を用いる請求項1ないし5のいずれかのD
NA作用物質の結合様式特定方法。
6. The method according to claim 1, wherein a potential step method is used as the current application method.
A method for identifying the binding mode of an NA agonist.
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JPH0694620A (en) 1994-04-08

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