JP3388907B2 - メロシアニン系標識色素、その前駆体化合物及びメロシアニン系標識色素の合成方法、並びにメロシアニン標識タンパク質 - Google Patents

メロシアニン系標識色素、その前駆体化合物及びメロシアニン系標識色素の合成方法、並びにメロシアニン標識タンパク質

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、タンパク標識やその他
の生化学実験に有用なメロシアニン系標識色素とその前
駆体化合物およびこれらの合成法、並びに色素標識タン
パク質に関する。さらに詳しくは、タンパク質と結合可
能なイソチオシアニル基を有するメロシアニン系標識色
素とその合成上必要な前駆体、すなわちアミノ誘導体、
フタルイミド誘導体、およびトリメチルインドレニウム
塩、並びにメロシアニン標識タンパク質と標識色素の合
成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の標識色素は、例えばダンシルクロ
リドのように、比較的短波長の領域(500nm付近)
に蛍光を持ち、アミノ基と反応することによってタンパ
ク質と結合する。そして、タンパク質1分子当たりに結
合しているダンシルの分子数がわかっていれば、励起波
長335nmで510nmの蛍光強度を測定することによって
タンパク質の定量分析をすることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、長波長
領域(590nm付近)に蛍光を持つメロシアニン系の標
識色素においては、タンパク質と結合可能な官能基を持
った化合物は前例がない。長波長領域の蛍光を利用すれ
ば、不純物の影響を受けにくく、正確なタンパク定量が
可能である。したがって、長波長領域に蛍光を持ち、さ
らにタンパク質と結合可能な官能基を持ったメロシアニ
ン系標識色素が要請されていた。
【0004】本発明は前記課題を解決するため、タンパ
ク質と結合可能なイソチオシアニル基を有するメロシア
ニン系標識色素とその合成上必要な前駆体、すなわちア
ミノ誘導体、フタルイミド誘導体、およびトリメチルイ
ンドレニウム塩、並びにメロシアニン標識タンパク質と
メロシアニン系標識色素の合成方法を提供することを目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のメロシアニン系標識色素は、前記式(化
1)で示されるイソチオシアナート誘導体からなるメロ
シアニン系標識色素である。
【0006】次に本発明のアミノ誘導体は、前記式(化
1)で示されるイソシアナート誘導体からなるメロシア
ニン系標識色素の前駆体であって前記式(化2)で示さ
れる。
【0007】次に本発明のフタルイミド誘導体は、前記
式(化2)で示されるアミノ誘導体の前駆体であって前
記式(化3)で示される。前記式(化3)で示されるフ
タルイミド誘導体の前駆体の一例としては、下記式(化
4)で示されるトリメチルインドレニウム塩が挙げられ
る。
【化4】
【0008】次に本発明のメロシアニン標識タンパク質
は、前記式(化1)で示されるイソチオシアナート誘導
体からなるメロシアニン系標識色素のイソチオシアニル
基とタンパク質のアミノ基とが反応することによって、
メロシアニン系標識色素の色素骨格とタンパク質とが共
有結合を介して結合しているタンパク質である。
【0009】次に本発明のメロシアニン系標識色素の合
成方法は、前記式(化2)で示されるアミノ誘導体と前
記式(化5)で示されるチオカルボニルジイミダゾール
とを混合極性有機溶媒中で撹拌し、これを非極性溶媒中
に添加することによって標識色素を得るという構成を備
えたものである。
【0010】
【作用】本発明の前記式(化1)で示されるメロシアニ
ン系標識色素(以下、IMCITCと略称する。)によ
れば、種々のメロシアニン標識化合物を達成できる。す
なわち、IMCITCは水溶液中で1級及び2級のアミ
ノ基と結合可能なイソチオシアニル基を有しており、例
えばタンパク質のアミノ基と反応することによりメロシ
アニン標識のタンパク質を作製することができる。
【0011】また、本発明の前記式(化2)で示される
アミノ誘導体によれば、前記化学式(化5)で示される
チオカルボニルジイミダゾールと反応する1級アミノ基
を持っているので、本発明の標識色素であるIMCIT
Cを合成するのに有用な前駆体(中間体)を達成でき
る。
【0012】また、本発明の前記式(化3)で示される
フタルイミド誘導体によれば、ヒドラジンによってのみ
脱保護することのできるフタルイミジル基を持っている
ので、本発明の中間体であるアミノ誘導体を合成するの
に有用な前駆体(中間体)を達成できる。
【0013】また、前記式(化4)で示されるトリメチ
ルインドレニウム塩によれば、4級窒素に隣接する活性
メチル基を持っているので、本発明の中間体であるフタ
ルイミド誘導体を合成するのに有用な前駆体(中間体)
を達成できる。
【0014】また、本発明のメロシアニン標識タンパク
質によれば、タンパク質1分子当たり5個から30個程
度のメロシアニン化合物が結合しているので、タンパク
質の正確な定量が可能となる。すなわち、モル吸光係数
の高いメロシアニン系標識色素を用い、しかも不純物の
影響を受けにくい長波長領域の蛍光強度を測定すること
により、微量のタンパク質も正確に定量することができ
る。ここで、タンパク質とは、分子量約15万程度の、
主として抗体、血液中のアルブミン等をいう。
【0015】また、本発明のメロシアニン系標識色素の
合成方法によれば、前記式(化2)で示されるアミノ誘
導体と前記式(化5)で示されるチオカルボニルジイミ
ダゾールとを混合極性有機溶媒中で撹拌し、これを非極
性溶媒中に添加することによってIMCITCを合成す
ることができ、IMCITCの新規な合成方法を提供で
きる。
【0016】
【実施例】前記式(化4)で示されるトリメチルインド
レニウム塩は、例えば、ブロモプロピルフタルイミド
と、約0.5〜2等量モルのトリメチルインドレニンとを
混合し、約80〜130℃で約1〜5時間加熱することによ
って得ることができる。
【0017】また、前記式(化3)で示されるフタルイ
ミド誘導体は、例えば前記式(化4)で示されるトリメ
チルインドレニウム塩の有機溶媒溶液、例えばエタノー
ル溶液に、等モルのジメチルアミノベンズアルデヒドを
加え、約60〜100℃に加熱することにより、短時間で得
ることができる。
【0018】また、前記化学式(化2)で示されるアミ
ノ誘導体は、例えば前記化学式(化3)で示されるフタ
ルイミド誘導体の有機溶媒溶液、例えばエタノール溶液
に、等モルのヒドラジン一水和物を加え、約70〜90℃に
加熱することにより、短時間で得ることができる。
【0019】また、前記化学式(化1)で示されるIM
CITCは、例えば前記化学式(化2)で示されるアミ
ノ誘導体の有機溶媒溶液、例えばクロロホルムとジメチ
ルホルムアミドとの混合溶媒溶液に、等モルのチオカル
ボニルジイミダゾールを加え、約20〜30℃で撹拌するこ
とにより合成することができる。
【0020】また、メロシアニン標識タンパク質は、例
えばウシ血清アルブミン(以下BSAと略称する。)の
リン酸緩衝溶液に、例えば約0.5〜100倍モルのIMCI
TCを加え、約4〜30℃で撹拌することにより得ること
ができる。そしてメロシアニン標識タンパク質の定量
は、タンパク質に結合したIMCITCの蛍光強度を測
定して行うものであるため、測定する蛍光の波長は強度
の強い550〜640nmで行うのが好ましい。なお、未知の
試料がタンパク質であるか否かは、タンパク質が吸収を
持つ280nmでの吸収スペクトルを測定することによ
って確認できる。
【0021】前記式(化1)、(化2)、(化3)およ
び(化4)で示される各化合物に含まれるハロゲンとし
ては、例えばフッ素、塩素、臭素、ヨウ素があげられ
る。以下具体的実施例をあげて、本発明をさらに詳しく
説明する。なお、本実施例の前記式(化1)、(化
2)、(化3)および(化4)で示される各化合物はX
が臭素の例であり、タンパク質はBSA及びチキンγ-
グロブリン(以下CGGと略称する。)の例である。
【0022】実施例1 (トリメチルインドレニウム塩の合成)トリメチルイン
ドレニン10g (MW=159.2、0.063mol)とブロモプロピルフ
タルイミド16.8g (MW=268.1、0.063mol)をベンゼン20ml
を用いて混合し、窒素気流下で120℃、3時間加熱し
た。ベンゼンは反応時間中に蒸発した。反応物を冷却
し、ジエチルエーテルで繰返し洗浄することにより、淡
赤色の粉末が得られた。生成物はNMRにより1-(3-フ
タルイミジル)-2,3,3-トリメチルインドレニウム ブロ
ミド (MW=427.3)と同定された。収量は26.5g (99%)で
あった。
【0023】表1に重クロロホルム中での1H-NMRの
ケミカルシフト及び各ピークの帰属を示す。
【0024】
【表1】
【0025】実施例2 (フタルイミド誘導体の合成)26g(0.061mol)のトリ
メチルインドレニウム塩を200mlのエタノールに溶解
し、これに9.08g(0.061mol)のジメチルアミノベンズ
アルデヒドを加えて、2時間還流した。減圧下でエタノ
ールを留去した後、エーテルで洗浄して粗精製のフタル
イミド誘導体を33.0g(MW=558、97%)得た。
【0026】表2にDMSOd-6中での1H-NMRのケ
ミカルシフト及び各ピークの帰属を示す。
【0027】
【表2】
【0028】実施例3 (アミノ誘導体の合成)1.12g(2.01mmol)のフタルイ
ミド誘導体を10mlの90%エタノールに溶解し、これに
100.5mg(2.01mmol)のヒドラジン一水和物を加えて2
時間還流した。反応液を室温まで冷却した後、約50mlの
1N塩酸を加えてクロロホルムで3回洗浄した。水層に
水酸化ナトリウム水溶液を加えてアルカリ性とした後、
クロロホルムで3回抽出した。クロロホルム層に無水硫
酸ナトリウムを加えて乾燥した後、クロロホルムを減圧
下で留去して粗製のアミノ誘導体を得た。これをシリカ
ゲル薄層クロマトグラフィー(C−18タイプ、展開溶
媒:メタノール/0.1N塩酸=2/1)を用いて精製
し、807mg(MW=428、94%)のアミノ誘導体を得た。
【0029】表3にDMSOd-6中での1H-NMRのケ
ミカルシフト及び各ピークの帰属を示す。
【0030】
【表3】
【0031】実施例4 (IMCITCの合成)285.7mg(1.60mmol)のチオカ
ルボニルジイミダゾールを5mlのクロロホルムに溶解
し、窒素気流下0℃で撹拌しながら、3mlのジメチルホ
ルムアミドに溶解した686mg(1.60mmol)のアミノ誘導
体をゆっくり滴下した。滴下終了後、室温に戻し2時間
撹拌した。クロロホルムを減圧留去した後、残った反応
液を約800mlのジエチルエーテル中に滴下し、生じた固
体を濾過して取り出した。得られた固体を約3mlのメタ
ノールに溶解し、これを再び400mlのジエチルエーテル
中に滴下した後、生じた固体を濾過して638mg(MW=4
70、85%)のIMCITCを得た。
【0032】表4に重クロロホルム中での1H-NMRの
ケミカルシフト及び各ピークの帰属を示す。
【0033】
【表4】
【0034】実施例5 (メロシアニン標識BSAの作製)50mg(0.00076mmo
l)のBSAを3mlのPBSに溶解し、室温で撹拌しな
がら0.5mlのエタノールに溶解した17.8mg(0.038mmo
l)のIMCITCを滴下した。室温で12時間撹拌した
後、反応液をゲル濾過(G−25Mカラム、展開液:P
BS)して24mlのBSA溶液を得た。
【0035】実施例6 (メロシアニン標識BSA溶液の濃度計算)得られた溶
液の濃度及びIMCITCの結合分子数を次のように計
算して求めた。溶液の280nm及び553nmでの吸光度を測定
した。吸光度はそれぞれ1.995及び6.260であった。BS
A自体には553nmに吸収はないので、観測された553nmの
吸光はBSAに結合したIMCITCに由来するもので
ある。従ってIMCITCの濃度[IMC]は、次のよ
うに求めることができる。ただし、IMCITCの553n
mのモル吸光係数を2.196×104とする。
【0036】[IMC]= 6.260/(2.196×104) = 2.
851×10-4(M) また、観測された280nmの吸光はBSAに由来するもの
であるが、結合しているIMCITCが280nmにも吸収
を持つので、この影響を差し引いてBSAの濃度[BS
A]を求めると次のようになる。ただし、BSAに由来
する280nmの吸光度をAb280,BSAとし、IMCITCの28
0nmにおけるモル吸光係数を2.285×103、BSAの280nm
におけるモル吸光係数を4.360×104とする。
【0037】Ab280,BSA = 1.995−(2.851×10-4×2.28
5×103)= 1.344 [BSA]= 1.344/(4.360×104)= 3.082×10-5M 従って、BSA1分子当たりに結合したIMCITCの
分子数は次のようになる。
【0038】[IMC]/[BSA]= 2.851×10-4
3.082×10-5 = 9.25 実施例7 (メロシアニン標識CGGの作製)100mg(0.00067mmo
l)のCGGを30mlのPBSに溶解し、室温で撹拌しな
がら0.5mlのエタノールに溶解した15.7mg(0.033mmol)
のIMCITCを滴下した。室温で12時間撹拌した後、
反応液をゲル濾過(G−25Mカラム、展開液:PB
S)して24mlのCGG溶液を得た。
【0039】実施例8 (メロシアニン標識CGG溶液の濃度計算)得られた溶
液の濃度及びIMCITCの結合分子数をBSAの場合
と同様に計算して求めた。すなわち、溶液の280nm及び5
53nmでの吸光度を測定した。吸光度はそれぞれ8.350及
び20.55であった。CGG自体には553nmに吸収はないの
で、観測された553nmの吸光はCGGに結合したIMC
ITCに由来するものである。従ってIMCITCの濃
度[IMC]は、次のように求めることができる。ただ
し、IMCITCの553nmのモル吸光係数を2.196×104
とする。
【0040】[IMC]= 20.55/(2.196×104)=
9.360×10-4(M) また、観測された280nmの吸光はCGGに由来するもの
であるが、結合しているIMCITCが280nmにも吸収
を持つので、この影響を差し引いてCGGの濃度[CG
G]を求めると次のようになる。ただし、CGGに由来
する280nmの吸光度をAb280,CGGとし、IMCITCの28
0nmにおけるモル吸光係数を2.285×103、CGGの280nm
におけるモル吸光係数を1.990×105とする。
【0041】Ab280,CGG = 8.350−(9.360×10-4×2.28
5×103)= 6.212 [CGG]= 6.212/(1.990×105)= 3.121×10-5M 従って、CGG1分子当たりに結合したIMCITCの
分子数は次のようになる。
【0042】[IMC]/[CGG]= 9.360×10-4
3.121×10-5 = 29.99
【0043】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の前記式(化
1)で示されるIMCITCは水溶液中で1級及び2級
のアミノ基と結合可能なイソチオシアニル基を有してお
り、タンパク質のアミノ基と反応することによりメロシ
アニン標識のタンパク質を作製することができる。
【0044】また、本発明の前記式(化2)で示される
アミノ誘導体によれば、前記式(化5)で示されるチオ
カルボニルジイミダゾールと反応する1級アミノ基を持
っているので、本発明の標識色素であるIMCITCを
合成するのに有用な前駆体(中間体)を提供できる。
【0045】また、本発明の前記式(化3)で示される
フタルイミド誘導体によれば、ヒドラジンによってのみ
脱保護することのできるフタルイミジル基を持っている
ので、本発明の中間体であるアミノ誘導体を合成するの
に有用な前駆体(中間体)を提供できる。
【0046】また、本発明のメロシアニン標識タンパク
質によれば、タンパク質1分子当たり5個から30個程
度のメロシアニン化合物が結合しているので、タンパク
質の正確な定量が可能となる。
【0047】なわち、モル吸光係数の高いメロシアニ
ン系標識色素を用い、しかも不純物の影響を受けにくい
長波長領域の蛍光強度を測定することにより、微量のタ
ンパク質も正確に定量することができる。
【0048】また、本発明のメロシアニン系標識色素の
合成方法によれば、前記式(化2)で示されるアミノ誘
導体と前記式(化5)で示されるチオカルボニルジイミ
ダゾールとを混合極性有機溶媒中で撹拌し、これを非極
性溶媒中に添加することによってIMCITCを合成す
ることができ、IMCITCの新規な合成方法を提供で
きる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // C07M 5:00 C07D 209/48 Z (56)参考文献 特開 平5−232119(JP,A) 特開 平5−223825(JP,A) 特開 平6−157926(JP,A) 特開 昭63−63654(JP,A) Cytometry,Vol.10,N o.1,p.3−10 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09B 23/00 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記式(化1)で示されるイソチオシア
    ナート誘導体からなるメロシアニン系標識色素。 【化1】
  2. 【請求項2】 前記式(化1)で示されるイソチオシア
    ナート誘導体からなるメロシアニン系標識色素の前駆体
    であって、下記式(化2)で示されるアミノ誘導体。 【化2】
  3. 【請求項3】 前記式(化2)で示されるアミノ誘導体
    の前駆体であって、下記式(化3)で示されるフタルイ
    ミド誘導体。 【化3】
  4. 【請求項4】 前記式(化1)で示されるイソチオシア
    ナート誘導体からなるメロシアニン系標識色素のイソチ
    オシアニル基とタンパク質のアミノ基とが反応すること
    によって、メロシアニン系標識色素の色素骨格とタンパ
    ク質とが共有結合を介して結合していることを特徴とす
    るメロシアニン標識タンパク質。
  5. 【請求項5】 前記式(化2)で示されるアミノ誘導体
    と下記式(化5)で示されるチオカルボニルジイミダゾ
    ールとを混合極性有機溶媒中で撹拌し、これを非極性溶
    媒中に添加することを特徴とする前記式(化1)で示さ
    れるイソチオシアナート誘導体からなるメロシアニン系
    標識色素の合成方法。 【化5】
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