JP5019688B2 - 蛍光消光検出試薬及び方法 - Google Patents
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Description
発明の背景
1.発明の分野
本発明は、改善された特性を有するオリゴヌクレオチド−クエンチャ−蛍光−染料接合体と、新規なクエンチャ及び蛍光染料部分をオリゴヌクレオチドに導入するのに適した試薬とに関する。本発明は、更に、オリゴヌクレオチド−クエンチャ−蛍光−染料接合体の核酸標的の検出法における使用にも関する。
【0002】
2.関連技術の簡単な説明
合成オリゴヌクレオチドが、相補的DNA及びRNA標的用の配列特異的プローブとして長年使用されてきた。これらの方法は、特定の核酸標的の同定と定量化とを可能にするため、法廷科学、分子生物学、及び医学診断において広く利用されている。DNAプローブの初期の使用法は、標識としての放射性(通常32P)に基くものであった。これに対して最近の方法は、化学発光及び蛍光基を含むレポータ分子を使用している。装置の改良によって、これらの分光法的方法の感度が、前記放射標識法の感度に近づく又はそれを凌駕することが可能になった。最近開発された検出法は、プローブハイブリダイゼーションの検出のために、蛍光強度を直接検出する代りに、蛍光共鳴エネルギ転移(FRET)のプロセスを使用する。このタイプのアッセイにおいて,FRETは、供与フルオロフォア(レポータ)と受容分子(クエンチャ)間において、そのクエンチャ分子の吸収スペクトルが供与フルオロフォアの発光スペクトルとオーバラップし、それら二つの分子が互いに近接している時に、起こる。供与フルオロフォアの励起状態エネルギは、共鳴ダイポール誘導ダイポール相互作用によって隣接する受容体へと転移され、その結果、供与蛍光の消光が起こる。もしも受容分子がフルオロフォアである場合、その蛍光発光は時に増大することがある。供与分子と受容分子との間のエネルギ転移の効率は、これら分子間の距離に大きく依存する。この関係を記載する等式は公知である。フォルスター(Forster)距離(R0)は、エネルギ転移が50%の効率である場合の、供与分子と受容分子との間の距離として記載される。衝突及び電荷転移消光等の、蛍光消光のその他のメカニズムも公知である。
【0003】
通常、FRETに基く検出法は、その供与蛍光の消光を効率的にするため、供与フルオロフォアと受容分子とが互いに近接する状態になるように構成される。アッセイ中、供与分子と受容分子とは分離され蛍光発光が起こる。FRETに基づく検出アッセイは、核酸ハイブリダイゼーション及び酵素学の分野で開発された。いくつかの形式のFRETハイブリダイゼーションアッセイがレビューされている(Nonisotopic DNA Probe Techniques, Academic Press, Inc., San Diego 1992, pp.311-352)。
【0004】
その発見以来、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)は、分子生物学を革新してきた。この技術は、特定のDNA配列の増幅を可能にし、これによって、単一のDNA標的コピーからDNAプローブアッセイを行うことを可能にする。PCR式診断アッセイは、最初は、一般的には使用されなかった。その理由の一つは、サンプルの取り扱いと、非ソースDNAの混入の可能性の問題があるためである。最近、分光蛍光測定サーマルサイクラを使用してPCRの進行をそれの発生している状態で検出する(「リアルタイム」PCR検出)ことが可能な、新しい均質な蛍光式DNAアッセイが記載されている。二つの一般的に使用されているアッセイ方式は、DNA増幅が起こる時に蛍光発光性となるDNAプローブを使用する(蛍光発生プローブ)。
【0005】
「リアルタイム」PCRのための第1の方式は、「分子ビーコン」として知られているDNAプローブを使用する(チアギ(Tyagi)等、Nat. Biotech.,16:49-53(1998))。分子ビーコンは、クエンチャ染料とレポータ染料とが、そのヘアピンの軸の端部において互いに密に接触しているヘアピン構造を有する。相補的配列とのハイブリダイゼーション時に、前記ヘアピン構造のループが二本鎖となり、クエンチャとレポータ染料とを互いに引き離し、これによって蛍光発光信号を発生する。チアギ(Tyagi)等は、ダブシル(dabcyl)(4−{[4−(ジメチルアミノ)フェニル]ジアゼニル}ベンゾイル部分、吸収最大=453nm)を含む非蛍光発光クエンチャ染料を、広範囲の発光波長(475−615nm)の蛍光発光レポータ染料と組み合わせて使用することを報告した。その当時、これは驚くべきことであった。というのは、FRETは、クエンチャの吸収スペクトルが、レポータの発光スペクトルと大幅にオーバラップすることを必要とするからである。ダブシル部分含有(以後、「ダブシル」)クエンチャと或る種の蛍光発光染料の場合、そのスペクトルオーバラップは、極めて低いものであったにも拘わらず、その消光効率は高かった。従って、前記ヘアビン式ビーコンの消光メカニズムはFRETではなく、衝突消光(collisional quenching)である、と提案された。事実、前記ヘアビン式ビーコンにおいてクエンチャのUVスペクトルが変化し、これは、分子接触、従って、衝突消光の証拠を提供している。関連する検出法は、蛍光発光プローブとしてヘアピンプライマを使用する(ナザレンコ(Nazarenko)等、Nucl. Acid. Res., 25:2516-2521(1997))。
【0006】
「リアルタイム」PCR用の第2の方式は、「5´−ヌクレアーゼプローブ」と称されるDNAプローブを使用する(リー(Lee)等、Nucl. Acid Res., 21:3761-3766(1993))。これらの蛍光発光プローブは、通常、単一DNA鎖の3´末端にクエンチャを備え、5´末端にフルオロフォアを備えて作成される。各PCRサイクル中、TaqDNAポリメラーゼの5´−ヌクレアーゼ活性によって、前記DNA鎖が開裂し、これによって、フルオロフォアをクエンチャから分離し、蛍光発光信号を放出する。前記5´ヌクレアーゼアッセイは、プライマ伸長工程中(60−65℃)においてプローブがテンプレート鎖にハイブリダイズすることを必要とする。彼らは、又、一つ以上のフルオロフォア/クエンチャ対を使用して、同じアッセイにおいて一つ以上のポリヌクレオチド配列を同時に「リアルタイム」検出することも開示している。前記5´−ヌクレアーゼPCRアッセイは、図1に示されている。
【0007】
当初、5´−ヌクレアーゼプローブは、効率的なFRETを得るためには、内部ヌクレオチドの、5´−フルオロフォア(通常は、フルオレセイン(FAM)又はテトラクロロフルオレセイン(TET))の間近にクエンチャ(通常は、テトラメチルローダミン(TAMRA))が位置する状態で作られなければならないと信じられていた。後に、これは不要であり、クエンチャとフルオロフォアとは、それぞれ、ODNの3´末端と5´末端とに位置することが可能であることが判った。溶液中でこれら蛍光発光プローブによって形成されるランダムコイル構造によって、分子が励起状態にある間に、3´−クエンチャ染料が、5´−フルオロフォアのForster径の中を通過することが許容されると提案されている。
【0008】
多数の供与/受容対が従来記載されているが、これらの内で本発明にとって重要であるのは、ダブシルであって、これは、例えば、化学センサにおいてダンシルスルホンアミドのクエンチャとして使用される(ロスマン(Rothman)及びスティル(Still)(1999) Med. Chem. Lett.22,509-512)。
【0009】
驚くべきことに、ダブシルを、5´−ヌクレアーゼプローブや、波長の長いフルオロフォアを使用するその他のFRETプローブに使用することについての報告はこれまで公開されていない。上述したように、ダブシルは、ビーコン式プローブに使用されたが、これは、ダブシルとフルオロフォアとが密接接触(衝突消光)状態にある別の消光メカニズムである。ダブシルは、短い(490nm,青色)波長で発光するフルオロフォアEDANS(5−[(2−アミノエチル)アミノ]ナフタレン−1−スルホン酸)用のクエンチャとして蛍光発光ペプチドに使用された(マトヨシ(Matayoshi)等Science 247:954-958(1990))。EDANSは、又、ダブシルよりも消光係数が低いので、蛍光消光が効率的であったとしても驚くに値しない。本発明において、初めて、ダブシルをFRET式メカニズムにおいてフルオレセインを消光するのに使用可能であることが判ったのである。
【0010】
前記5´−ヌクレアーゼPCRアッセイの他に、FRETメカニズムを使用するその他の方式も開発されている。例えば、一本鎖シグナルプライマが、二つの染料へのリンクによって改変され、その第1染料の蛍光発光が第2染料によって消光されるような、供与/受容染料対が形成された。このシグナルプライマは、標的に対してハイブリダイズした時に、適当な制限酵素が切断する(nick)することを許容する制限部位(米国特許第5,846,726号)を含む。この開裂によって、二つの染料が分離され、消光の減少による蛍光発光の変化が観察される。オリゴヌクレオチドをリガンドに結合させるための非−ヌクレオチド連結試薬も記載さている(米国特許第5,696,251号)。
【0011】
FRETシステムは、又、酵素学においても用途を有する。供与/受容染料対が基質に組み込まれたプロテアーゼ開裂可能基質が開発された。酵素による基質の開裂によって供与/需要対が分離され、消光の減少による蛍光発光の変化が観察される。キモトリプシン用(リー(Li)等、Bioconj. Chem., 10:241-245(1999)),アミノペプチダーゼP(ホーソーン(Hawthorne)等, Anal. Biochem., 253:13-17(1997))、ストロメリシン(ビケット(Bickett)等, Ann. N. Y. Acad. Sci., 732: 351-355(1994))及びロイコトリエンD4ヒドラーゼ(ホワイト(White)等, Anal. Biochem., 268: 245-251(1999))用に、開裂可能供与/受容基質が開発されている。リガンドの結合が供与/受容対を分離する化学センサが記載された(ロスマン(Rothman)等. Biorg. Med. Chem.Lett., 9: 509-512 (1999))。
【0012】
米国特許第5,801,155号において、共有結合小溝バインダ(MGB)を備えたオリゴヌクレオチド(ODN)は、非修飾オリゴヌクレオチドよりも、それらの相補的標的に対してより配列特異的であることが開示された。更に、前記MGB−ODNは、非修飾オリゴヌクレオチドと比較した場合、相補的DNA標的鎖とのハイブリッド安定性の大幅な増加を示し、より短いオリゴヌクレオチドとのハイブリダイゼーションを可能にする。
【0013】
上述したFRETアッセイを効率的に利用するためには、オリゴヌクレオチドの蛍光発光標識用の試薬が非常に重要である。DNAマイクロアッセイ等のその他の用途も、蛍光発光標識DNAプローブ又はプライマを使用するので、蛍光発光DNAの合成を容易にする改良式試薬が求められている。一般に、ODN合成には、ホスホルアミダイト試薬及び固体支持体が広く使用されている。しかし、当該技術の現状においては、蛍光発光基をODNに導入するためのホスホルアミダイト試薬として市販されているものは多くない。
【0014】
種々のリガンド基をODNに付着させるリンカ基は、オリゴヌクレオチド接合体の合成に重要な役割を果す。3´−アミノヘキシル尾オリゴヌクレオチドの合成法(ペトリ(Petrie)等、Bioconj. Chem., 3: 85-87(1992))、三官能基性トランス−4−ヒドロキシ−L−プロリノール基(リード(Reed)等、Bioconj. Chem., 2: 217-225 (1991))、ジグリコール酸(ポン(Pon)等、Nucl.Acids.Res.,25:3629-3635(1997))、1,3−ジオール試薬(米国特許第5,942,610号及び第5,451,463号)そして、非ヌクレオチド三官能基性試薬(米国特許第5,696,251号)が報告されている。
【0015】
レゾルフィン及びクマリン誘導体が、チトクロムP450のイソ酵素を識別するための酵素基質として広く使用されてきた(ホーグランド(Haugland)等, Handbook of Fluorescent Probes and Research Chemicals, 第6版、Eugene, OR. pp.235-236. 1996)。反応性レゾルフィン類似体が、米国特許第5,304,645に開示されている。クマリン誘導体の活性化エステルは公知である(ヒルシュバーグ(Hirshberg)等、Biochem., 37: 10391-5 (1998))。プローブに導入されたクマリン−標識化dUTPがイン・サイチュ ハイブリダイゼーションに使用された(ウィーガント(Wiegant)等、Cytogenet. Cell Gnet., 63: 73-76 (1993))。オリゴヌクレオチドに標識を導入するためのホスホルアミダイトが米国特許第5,328,824号及び第5,824,796号に記載されている。
【0016】
多くの最近のハイブリダイゼーション用途は、一つ以上のレポータ分子を必要とする。更に、レポータフルオロフォアを、レポータ/クエンチャ対に使用することが可能ではあるが、その大半は、いくつかの望ましくない特性、分離が困難な混合物、正電荷、合成の困難、オリゴヌクレオチド合成中の不安定性、又は、他の望ましいレポータとの発光波長のオーバラップ等の問題を有する。本発明は、これらの望ましくない特性に取り組み、これらの困難のいくつか又は全部を解決する、オリゴヌクレオチドプローブ用の試薬を提供するものである。
【0017】
発明の要旨
本発明は、4−[4−ニトロフェニル]ジアジニル]フェニルアミン及び/又は4−[4−ニトロフェニル]ジアジニル]−ナフチルアミン構造に基くクエンチャ分子を提供する。これらクエンチャ分子は、一般的に使用されている短い波長域(約400〜500nm)で発光する蛍光発光レポータレポータ基のみならず、中(525nm=緑色)〜長(670=赤色)の波長に渡る蛍光発光レポータ基に対しても改良されたUVスペクトルオーバラップを有する。本発明のクエンチャ発色団(chromophore)は、非蛍光発光で、DNA合成試薬に容易に導入され、自動化DNA合成、及び保存中に安定しており、ハイブリダイゼーション特性に対する悪影響が無い。更に、より広範囲の波長域に渡って蛍光発光レポータ染料の信号対ノイズ率の改善が観察される。従って、本発明は、従来技術において使用されていたような、消光染料としてのダブシルの使用法(ナザレンコ(Nazerenko)等, Nucl. Acids. res. 25: 2516-21 (1997))に対して大きな利点を提供するものである。
【0018】
本発明の一態様によれば、4−[4−ニトロフェニル]ジアジニル]フェニルアミン(及び/又は4−[4−ニトロフェニル]ジアジニル)−ナフチルアミン構造)に基く前記クエンチャは、自動化DNA合成中におけるそれらの蛍光発光DNAプローブへの容易な導入を可能にするリンカ構造によって修飾される。本発明は、自動化合成中に前記クエンチャ部分のオリゴヌクレオチドへの導入用の、前記新規なクエンチャ分子から誘導されるホスホルアミダイトの合成、更に、アミノ尾オリゴヌクレオチドへのポスト固相支持体付着用の、前記新規なクエンチャ分子から誘導される試薬の合成も含む。関連態様において、前記新規クエンチャ分子は、それぞれ3´位と5´位とに付着された前記クエンチャを含有する、ピラゾロ−[5,4−d]ピリミジンとピリミジンホスホルアミダイトとを使用してオリゴヌクレオチドに導入される。
【0019】
本発明の別の態様によれば、DNA合成に適合可能な三種類の蛍光発光試薬タイプが合成又は選択され、ODNへの導入に適したホスホルアミダイト試薬に変換される。具体的には、10−フェニル−1,3,5,7,9,10−ヘキサヒドロビリミジノ[5´,4´−5,6]ピリジノ[2,3−d]ピリミジン−2,4,6,8−テトラオン(PPT)構造に基くバイオレット蛍光発光染料と、7−ヒドロキシフェノキサジン−3−オン(レゾルフィン)に基く赤色蛍光発光染料と、クマリンの構造に基く青色蛍光発光染料とが、ホスホルアミダイト試薬に導入される。これらの蛍光発光染料は、他の染料(例えば、フルオレセイン)との組み合わせで、多色蛍光発光分析のための極めて優れた特性を有する。これらの試薬は、蛍光発光の直接検出又はFRET検出方式のいずれかを使用する種々の分析方法に有用である。本発明の関連態様において、前記PPT−,クマリン−及びレゾルフィン−ベースのフルオロフォア(蛍光発光染料)は、ODNの5´末端での「オリゴヌクレオチド−合成後」共有結合付着に適した新規な試薬に変換される。別の態様において、前記新規蛍光発光染料は、それぞれ、3−位置及び5−位置に付着したフルオロフォアを含有する、ピラゾロ[5,4−d]ピリミジンとピリミジンホスホルアミダイトを使用したオリゴヌクレオチドに導入される。
【0020】
本発明の更に別の態様において、共有結合付着された蛍光発光部分と対合する、本発明の前記新規クェンチャ構造と共有結合連結されたODNが作成される。その結果得られるFL−ODN−Q接合体は、更に、診断アッセイ、特に、対立遺伝子特異的識別が、種々の蛍光発光レポータ分子を備えるプローブのみならず、効率的なクエンチャをも必要とする、一塩基多型(等)のTaqMan PCRアッセイにおける、前記得られたFL−ODN−Q−MGB接合体の結合及び識別特性を改善する、小溝バインダ(MGB)も含むことができる。前記FL−ODN−Q−MGB接合体中で本発明によって使用される前記クエンチャは、広い消光波長域を提供し、本発明による或る種の新規なレポータ標識試薬は、改良式多色分析用の異なる発光波長を有する。
【0021】
上に要約した原理の一用途において、汎用「3´−ヘキサノール」固体支持体(ここに参考文献として合体させるギャンパー(Gamper)等、Nucleic Acids Res., 21: 145-150 (1993)により入手可能)を使用して蛍光発光プローブが作成され、そこでは、本発明のクエンチャホスホルアミダイトが、前記ODN配列の第1結合工程(3´−末端)で添加され、フルオロフォア(FL)が、最終結合工程において付着され、5´−FL−ODN−Q−ヘキサノール接合体プローブが得られる。
【0022】
本発明のその他の用途として、前記新規クエンチャの合成方法、及び、前記新規クエンチャを、3´−小溝バインダ(MGB)を含む、又は含まない、ODN−フルオロフォア接合体へ付着させる方法が開示される。これらの方法は、開裂可能なリンカとともに、自動化オリゴヌクレオチド合成用の合成固体支持体を利用する。
【0023】
別の用途において、ルクタノフ(Lukhtanov)等Bioconjugate Chem., 7: 564-567 (1996)の操作により、MGB修飾固体支持体から、蛍光発光オリゴヌクレオチドプローブが作られ、ここでは、本発明のクエンチャ−ホスホルアミダイトが、第1結合工程において前記MGBに添加され、フルオロフォア(FL)が最終結合工程においてODNに付着されて、5´−FL−ODN−Q−MGB接合体プローブが作られる。
【0024】
本発明の前記方法及び組成物のその他の用途は、最近、医療科学、法廷科学、農業及び水質制御等の多くの分野において重要になっている、核酸ベースの診断アッセイにおけるマイクロアレイとしてである。本発明の前記方法及び組成物のその他の関連用途は、遺伝子発現のアレイベースの分析等の、オリゴヌクレオチドのアレイを使用する操作である(アイセン(Eisen), Methods of Enzym., 303: 179-205 (1999))。これらの操作において、多くの生物において遺伝子の全部又は多くの部分に対応するオリゴヌクレオチド又はDNAの秩序配列が、ハイブリダイゼーション用のプラットフォームとして使用される。マイクロアレイベース方法は、発現されたRNA種の相対的表象を測定するアッセイに使用される。各RNA種の豊富性の相違の定量化は、それらを、スペクトル的に異なる蛍光発光染料によって標識化し、同時ハイブリダイゼーション用の二つのプローブを一つのアレイに混合して、直接的に二つのサンプルを比較することによって達成される。
【0025】
本発明の前記組成物及び方法が核酸の検出に関連する程度において、本発明は、5´−ヌクレアーゼ、汎用エネルギ転移プライマ又はビーコンアッセイ等の、FRETが使用される方法を、非限定的に、含む。これらの方法は、通常、PCR−生成核酸配列の検出用であるが、それに限られるものではない。これらの方法の内のいくつかは、同じアッセイ中の一つ以上の核酸配列の同時検出を含む。同様に、本発明は、FRETが、タンパク質濃度又は酵素活性の検出に使用される方法に関する。
【0026】
本発明のその他の用途は、アミノ、ヒドロキシル、又はスルフィドリル基等の反応基における、薬剤、トキシン、細胞、微生物物質、粒子、ガラス又はポリマ表面等を含む、核酸、タンパク質、及びその他の物質の、発光PPT−,クマリン−、レゾルフィン−ベースの染料による標識化に関する。本発明は、一工程及び二工程プロセスに使用することができる。二工程標識プロセスにおいては、オリゴヌクレオチド等の第1成分が、ODNの反応基(アミン、ヒドロキシル、カルボキシル、アルデヒド、又はスルフィドリル基等)との反応によって、前記新規フルオロフォアPPT−,クマリン−,及びレゾルフィン−ベース染料を導入可能な前記試薬によって標識され、その標識が、オリゴヌクレオチド標的等の第2成分用のプローブとして使用される。
【0027】
発明の詳細説明
オリゴヌクレオチド合成用のクエンチャ試薬
自動化DNA合成機を使用して、オリゴヌクレオチドに、置換4−(フェニルジアゼニル)フェニルアミン・クエンチャ部分を導入するための二つの試薬が、以下の開示において例示される。ここ及び反応スキームにおいて、略称MGB,FL,Q,CPG及びODNは、それぞれ、又、その文脈から明らかなように、「小溝バインダ」、「蛍光剤又はフルオロフォア」、「クエンチャ」、「制御細孔ガラス(controlled pore glass)」、及び「オリゴヌクレオチド」部分又は分子を示す。
【0028】
ジメトキシトリチル保護クエンチャホスホルアミダイト
ここに開示される第1のタイプの試薬は、クエンチャ分子(Q)と、更に、後続のオリゴヌクレオチド合成中において成長するオリゴデオキシヌクレオチド(ODN)のための付着ポイントを提供する、ジメトキシトリチル(DMTr)(メトキシトリチル、トリチル等の酸不安定性ブロッキング基)保護第一級アルコールとを有する、ホスホルアミダイトである。これらの試薬の具体例が式1,2及び3、さらに、反応スキーム1及び2に示されている。
【0029】
反応スキーム1において、出発化合物は、第1級(primary)ヒドロキシル基を有する、置換4−(フェニルジアゼニル)フェニルアミン1である。このような出発物質は、市販されており、或いは、実務有機化学者にとって利用可能な一般的技術を適用して、公知の方法で合成することも可能である。例えば、米国特許第2,264,303の教示内容によれば、4−ニトロベンゼンジアゾニウム塩が2−(2−クロロアニリノ)エタノールと反応して、2−[2−クロロ−4−(4−ニトロフェニルアゾ)アニリノ]エタノールを得る。2−[2−クロロ−4−(4−ニトロフェニルアゾ)アニリノ]エタノールは、反応スキーム1に示されている化合物1の範囲に含まれる。前記米国特許第2,264,303の明細書をここに参考文献として合体させる。
【0030】
市販されている出発物質(又はそれらの前駆物質)のその他の例としては、2−(エチル{4−[(4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}アミノ)−エタン−1−オールと2−(エチル{4−[(2−メトキシ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}−アミノ)エタン−1−オールがある。
【0031】
反応スキーム1に図示されているように、化合物1を、p−ニトロフェニルクロロフォルメートと反応させてカーボネート2を得る。カーボネート2と置換ピロリジンジオールとの反応によって、ジオール中間体3を得る。前記ピロリジンジオールは、アミノ、第1及び第2ヒドロキシル基を有する三官能基性試薬である。ピロリジンジオールの一例、及び、アミノ、第1及び第2ヒドロキシ基を有するその他の三官能基性試薬の具体例が、米国特許第5,512,667号に記載されており、その明細書をここに参考文献として合体させる。前記ジオール3は、先ず、ジメトキシトリチルクロライド(DMTrCl)と反応して、前記三官能基性試薬の第1ヒドロキシル基をブロックし、中間体4を得る。まだ前記三官能基性試薬の自由な第2ヒドロキシル基を含んでいるこの中間体4を、次に、2−シアノエチルジイソプロピルクロロホスホルアミダイトと反応させて、ジメトキシトリチル保護ホスホルアミダイト試薬5を得る。反応スキーム1に図示されている化合物において、その記号は次のように定義される。RO,R1,R2,R3及びR4は、それぞれ独立的に、−H、ハロゲン、−O(CH2)nCH3,−(CH2)nCH3であり、ここでn=0〜5、−NO2,−SO3,−N[(CH2)n ´CH3]2、ここで、n´=0〜5,−CN、R5=−H又は−(CH2)n ´ ´CH3、ここで、n´´=0〜5;R6=−(CH2)n*、ここでn*=1〜5そしてq=1〜20である。前記ジメトキシトリチル保護ホスホルアミダイト試薬5は、その他の点において標準ODN合成において知られている工程においてオリゴヌクレオチドへの付着用に好適である。
【0032】
【化55】
【0033】
その他の実施例においては、アミノと二つのヒドロキシル基を含むその他の三官能基性試薬から出発して、反応スキーム1に記載の反応を使用して(或いは、実務有機化学者の技術の範囲内のそのような修飾を使用して)、式1及び式2のホスホルアミダイトが合成され、ここで、q,RO,R1,R2,R3,R4及びR5は上記の定義通りであり、rとsとは、互いに独立的に1〜20;Xは−O−又は−CH2−;t及びvは、互いに独立的に1〜20である。
【0034】
【化56】
【0035】
【化57】
【0036】
反応スキーム2は、前記置換4−(フェニルジアゼニル)−フェニルアミン・クエンチャ部分を備えるとともに、前記三官能基性ピロリジンジオール部分を含む、別例のホスホルアミダイト試薬10の合成を開示している。この合成スキームにおいて、出発物質は、自由なカルボキシル基を有する置換4−(フェニルジアゼニル)フェニルアミン化合物6である。この化合物6(市販又は、実務有機化学者の技術範囲無いにおいて化学文献によって製造される)を、ペンタフルオロフェニル トリフルオロアセテートと反応させて活性エステル7を得て、その後、これを反応させて、前記置換4−(フェニルジアゼニル)−フェニルアミン部分を、自由第1ヒドロキシル基と自由第2ヒドロキシル基とを有するピロリジンジオール部分の環窒素に結合させ、化合物8を得る。この化合物8をDMTrClによって処理した後、2−シアノエチルジイソプロピルクロロホスホルアミダイトとの反応によって、ジメトキシトリチル保護ホスホルアミダイト試薬10を得る。反応スキーム2において、記号は、反応スキーム1と同様に定義される。
【0037】
【化58】
【0038】
更に別の例において、反応スキーム2に記載の反応を使用して、置換4−(フェニルジアゼニル)フェニルアミン(化合物6)から出発して、スキーム2に図示したピロリジンジオールの代りに、非環状三官能基性試薬(アミノと、二つのヒドロキシル官能基とを有する)を使用して、式3のジメトキシトリチル保護ホスホルアミダイトを合成する。ここで、ここで、q,RO,R1,R2,R3,R4、R5及びR6は上記の定義通りであり、tとvは、それぞれ独立的に1〜20である。
【0039】
【化59】
【0040】
OND合成に適した、保護リンカ(又はその類似手段)によって固体支持体に付着したクエンチャ
ODNへ前記クエンチャ分子を導入するのに適した第2のクラスの化合物又は試薬は、ODN合成に使用されるタイプの固体支持体(例えば、制御細孔ガラス(CPG))、と、クエンチャをその固体支持体に付着させるリンカとを有する組成物を構成する。前記リンカは、通常は、合成中、前記第1ヌクレオチドが該リンカへ付着する時に除去されるジメトキシトリチル基によって保護されている、ヒドロキシル官能基を有する。一般に、反応スキーム1において上述したのと同じクエンチャ/リンカ中間体が、反応スキーム3に図示されている構造体例12を有するこれらの試薬(CPGビーズ)を作るのにも使用可能である。
【0041】
【化60】
【0042】
このスキームにより、前記中間体4(スキーム1に図示)の第2ヒドロキシル基が、無水コハク酸と反応し、その後、ペンタフルオロフェニル トリフルオロアセテートと反応して、活性エステル11を得る。この活性エステル11を、次に、前記固体支持体(CPGビーズ)に付着した自由アミノ基と反応させて、改変固体支持体12が提供される。この例示改変固体支持体12は、ピロリジンジオールから誘導される「三官能基性リンカ」を含んでいるが、当業者には、式1,2及び3に図示されているリンカ等の、その他のリンカ及び関連構造を含む、類似の改変固体支持体も、実質的に反応スキーム3によって製造可能であり、式4及び式5に図示されているもののような、クエンチャ部分を含む改変固体支持体を得ることが可能であることが、容易に理解されるであろう。
【0043】
構造体12と式4及び5のクエンチャ部分を含む前記改変固体支持体組成物を、3´−クエンチャ接合体を作成するのに使用して、適当なホスホルアミダイトによる5´−末端へのフルオロフォアの導入、又は、反応基を含むフルオロフォアによる合成後の導入を可能にする。反応スキーム3と式4及び式5とにおいて、記号は上述した通り定義される。その他の固体支持体(ポリスチレン等)や、その他の開裂可能リンカシステム(図示したコハク酸リンカ以外)も、これらの一般的教示内容により、作成することが可能であり、従って、それらも本発明の範囲に含まれる、と理解される。
【0044】
【化61】
【0045】
【化62】
【0046】
オリゴヌクレオチド合成用の小溝バインダクエンチャ試薬
一実施例において、小溝バインダ(MGB)を、開裂可能リンカを介して制御細孔ガラス(CPG)に付着させる。前記4−(フェニルジアゼニル)フェニルアミン構造に基くクエンチャ部分が、リンカ分子を介して前記MGBに付着される。前記リンカ分子は、更に、DMTr(等)ブロック基によってブロックされたヒドロキシル基も含む。前記DMTr基の除去後、オリゴヌクレオチドを、ヌクレオチド単位の前記ヒドロキシル基への段階的付着によって、自動オリゴヌクレオチド合成機により合成する。フルオロフォアを、適当なホスホルアミダイトによって5´末端に導入するか、若しくは、合成後に、反応基を含むフルオロフォアを導入して、付着蛍光部分(FL)、クエンチャ(Q)及びMGB(FL−ODN−Q−MGB)を有するODNを得る。この点に関して、MGBの合成と、それらのODNへの付着は周知であることが銘記される(例えば、米国特許第5,801,155号、09/539,097号及び09/141,764号を参照、これらすべてをここに参考文献として合体させる)。
【0047】
一好適実施例において、前記MGBは、3−{[3−(ピロロ[4,5−e]インドリン−7−イルカルボニル)ピロロ[4,5−e]インドリン−7−イル]カルボニル}ピロロ[3,2−e]インドリン−7−カルボキシル酸(DPI3)である。前記共有結合「集合体」FL−ODN−Q−DPI3の合成は、後述するように5つの段階を必要とする。反応スキーム4に図示されているその第1段階は、中間体,2−(4−ニトロフェニル)エチル3−(ピロロ[4,5−e]インドリン−7−カルボニル)ピロロ[4,5−e]インドリン−7−カルボキシレート(DPI2−NPC)17、の合成である。その第2段階は、反応スキーム5に図示されているように、Q−DMTr−DPI−CO2PFP24の合成であり、ここでは、クエンチャが、リンカを介して、ピロロ[3,2−e]インドリン−7−カルボキシル酸単位(DPI)に結合されている。ここで、及び、前記反応スキームにおいて、PFPは、その文脈から、ペンタフルオロフェニル又はペンタフルオロフェニルオキシ基を表わす。その第3段階において、反応スキーム6に図示されているように、DMTr−Q−DPI3−PFP25aが、17及び24から合成される。第4段階において、25aがCPGに結合して、DMTr−Q−DPI3−CPG29を得て、第5段階において、自動オリゴヌクレオチド合成機でDMTr−Q−DPI3−CPG29を使用して、順次ヌクレオチド単位を付着させ、前記CPGからの除去後、前記生成物FL−5´−ODN−3´−Q−DPI330を得る。
【0048】
これら合成プロセスの前記第4及び第5段階が反応スキーム7に図示されている。このシーケンス(段階1〜5)のための実験条件を次に示す。
【0049】
【化63】
【0050】
【化64】
【0051】
【化65】
【0052】
【化66】
【0053】
次に、これらの段階又は反応をより詳細に説明すると、Q−DPI3部分25(段階3)が、反応スキーム6に図示されているように、二つの中間体17及び24の反応によって合成される。第1の中間体DPI2−NPE 17は、スキーム4に図示されているように作られる。DPI−tBoc13が、ジエチルアゾジカルボキシレート(DEAD)とトリフェニルフォスフィンとの存在下でp−ニトロフェニルエタノールと反応して、ジ−エステル14を得た。この化合物14を、先ず、トリフルオロ酢酸(TFA)によって処理して15を得、次に、1−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]−3−エチルカルボジイミドハイドロクロライドの存在下でDPI−tBoc13と結合させて、多量のDPI2の4−トリフェニルエステル16を得た。16とTFAとの反応によって、DPI2のp−ニトロフェンエチル(p−nitrophenethyl) エステル17を得る。前記第2中間体DPI−Q24(段階2)を、反応スキーム5に図示されているように合成する。置換ニトロアニリン18(市販又は化学文献によって入手可能)を亜硝酸の存在下でジアゾ化し、置換アニリン19(市販又は化学文献によって入手可能)と結合させ、アゾ中間体クエンチャ分子20を形成する。前記エチルエステル20のアルカリ加水分解、その後の、DMTrClでの処理によって、DMTr−Q21を得て、これをその後、ペンタフルオロフェニル トリフルオロアセテートによって活性化して22を得る。22とDPI−メチルエステルとの反応によって、Q−DMTr−DPIメチルエステル23を得る。次に、この化合物23をアルカリによって処理してメチルエステルを加水分解し、次に、PFP−TFAによって活性化してQ−DMTr−DPI PFPエステル24得る。反応スキーム5において、R0,R1〜R4、v及びtは上述したように定義される。
【0054】
次に、ここでも記号は上述したように定義される反応スキーム6を参照すると、先ず、前記活性化クエンチャ24(DMTr−Q−DPI PFP)をDPI2−NPC17と反応させることによってp−ニトロフェニルエチルエステル25を得て、これを、先ず、1,8−ジアザバイシクロ[5,4,0]ウンデク−7−エン(DBU)等の塩基による処理によって、p−ニトロフェニルエチル部分を除去し、次に、2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル トリフルオロアセテート(PFP−TFA)での処理によって、活性化エステル25aに変換し、DMTr−Q−DPI3−PFP25a(第3段階)を合成する。
【0055】
DMTr−Q−DPI3−CPG29(段階4)の合成を反応スキーム7に図示する。この合成シーケンスにおいて、前記改良クエンチャ分子は、開裂可能ジグリコーレート・リンカを介して制御細孔ガラスビーズ(CPG)に付着する。具体的には、アミノプロパノール又はその同族体を、モノメトキシトリチル塩化物(MMTr−Cl)と、次に、ジグリコール酸塩無水物とによって連続に反応させて、MMT−ブロック・アミノプロパノール26(又は同族体)とMMT−ジグリコレート27とをそれぞれ得る。記号mは、2〜20の整数値を有するものと定義される。現時点において好適なアミノプロパノール mは3である。このスキームの残りの記号は、上述したように定義される。27を活性化剤(HOBT及びHBTU)の存在下で長鎖アミノアルキルCPGとの反応させて、MMT−ジグリコレート−CPG28を得て、これを、脱トリチル及び25aとの反応後にDMTrO−Q−DPI3−CPG29に変換する。
【0056】
段階5において、まだ反応スキーム7に図示されているように、自動DNA合成機の補助によって、オリゴヌクレオチド合成を行い、フルオロフォア−ホスホルアミダイト又は反応基を含むフルオロフォアのいずれかを使用して、フルオロフォアをODNの5´末端に付着させて、FL−ODN−Q−DPI330接合体を得る。
【0057】
前記FL−ODN−Q−DPI330接合体は、又、これら反応スキームにおいては具体的に図示されない別の合成ルートでも合成することが可能である。この別のルートでは、DPI3−メチルエステル(ボジャー(Boger)等., J. Org. Chem., 52: 1521-(1987)ここに参考文献として合体させる、によって得られる)を、先ず、化合物22と反応させ、次に、アルカリと反応させて、Q−DPI3−メチルエステルと、Q−DPI3−COOHとをそれぞれ得る。後者の化合物を、次に、ペンタフルオロフェニル トリフルオロアセテートによって活性化し、25aを得て、次に、これをスキーム7に図示されている反応に使用して30を得る。
【0058】
FL−ODN−Q及びFL−ODN−Q−MGBプローブ
FL−ODN−Q−DPI3接合体の好適実施例の一般的構造を式6に図示する。ここで:
FLは、約300〜約800nm、より好ましくは400〜700nmの範囲の発光波長を有するフルオロフォアであり、Kは、C,O,N,S,P及びHのいずれかを含む、1〜30原子を含むリンカであり、[A−B]nは、DNA,RNA又はPNA或いはそれらの組み合わせを表わし、ここで、Aは糖リン酸骨格鎖(修飾糖及び修飾リン酸を含む)、Bは、複素環塩基、そしてnは、ヌクレオチド単位の数である。Bは、独立的に、プリン−とピリミジン−;ピラゾロ[3,4−d]ピリミジン−、7−置換ピラゾロ[3,4−d]ピリミジン−,7−デアザプリン−、7−置換 7−デアザプリン−、修飾プリン−及びピリミジン−塩基とすることができ、前記オリゴヌクレオチド又は核酸は、これらの塩基の組み合わせを含むことができる。Wは、C,O,N,S,P及びHから成るグループから選択される0〜約30原子の長さのリンカであり、更に,Wは、置換分枝脂肪族鎖、又は、置換環構造又は、置換脂肪族及び環構造の組み合わせであり、R0,R1,R2,R3及びR4は、前に記載された通りであり、m=1〜20である。
【0059】
【化67】
【0060】
PNA及びPAN/DNAキメラの合成は公知であり、一般的には、ここに参考文献として合体させる刊行物ウールマン(Uhlmann)等, Angew. Chem. Inter. Ed., 37:2796-2823(1998); メイフィールド(Mayfiled)等, Anal. Biochemm., 401-404 (1998)によって行うことができる。
【0061】
式6の範囲に含まれる更に別の好適実施例は、Wが−(CH2)3N(−)−(CH2)3−;R0=NO2;R1=−Cl;R2=R3=R4=H;Kが6炭素リンカ、そしてm=3である実施例である。
【0062】
蛍光発光レポータ−クエンチャ対を含む本発明の接合体プローブは、一般に、多くは、例えば、ここに参考文献として合体させるホランド(Holland)等, Proc. Acad. Sci., 88:7276-7280(1991)及びウィットワー(Wittwer)等, Biotechniques, 22:176-181(1997)に記載されているようなPCRを利用する方法において、標的ポリヌクレオチドの増幅との組み合わせで使用される。前記接合体プローブの結合部位は、前記標的ポリヌクレオチドを増幅するために使用されるPCRプライマ間に位置する。
【0063】
本発明による前記接合体オリゴヌクレオチドプローブを標的オリゴヌクレオチド配列の検出のために使用することによって、従来技術のレポータクエンチャ基及び組み合わせに対していくつかの利点が提供される。例えば、本発明による4−[4−ニトロフェニル]ジアジニル]フェニルアミン構造を含むクエンチャは、クエンチャとしてのダブシルよりも、レポータとしてのFAM又はTAMRAを有するプローブにおいてより高い信号対ノイズ比を提供した。更に、本発明のクエンチャは、ダブシルよりも広い吸収帯域を示し、広範囲のフルオロフォアの効率的な消光を可能にする。加えて、MGBオリゴヌクレオチド接合体においては、ハイブリダイゼーション特性の改善を示し、改良式クエンチャは、ダブシルを有する標準プローブ(DPI3無し)と比較して、TAMRAで約30倍のS/N比の増加を示した。本発明の試薬は、自動オリゴヌクレオチド合成中にクエンチャを導入することを可能にする(ダブシル ホスホルアミダイトは、市販されている(Glen Research, Sterling, VA))。
【0064】
一般的に、本発明の目的の為に、オリゴヌクレオチドは、複数のヌクレオチド単位と、3´末端と5´末端とを有するものであることが理解されるであろう。前記オリゴヌクレオチドは、通常のプリン及びピリミジン塩基の代りに単数又は複数の修飾塩基と、更に、ワトソン−クリック塩基対合等を通じて標的ポリヌクレオチドに特異的に結合可能な修飾ヌクレオチド間結合とを含むことができる。更に、オリゴヌクレオチドは、ペプチドオリゴヌクレオチド(PNA)又はPNA/DNAキメラを含むことができ、その合成は、公知であり、例えば、ウールマン(Uhlmann)等, Angew. Chem. Inter. Ed., 37:2796-2823(1998); メイフィールド(Mayfiled)等, Anal. Biochem., 401-404 (1998)によって行うことができる。これらのすべてをここに参考文献として合体させる。
【0065】
一般的に、本発明の前記オリゴヌクレオチドプローブは、5´−3´エクソヌクレアーゼ活性に、当該プローブ中のクエンチャとフルオロフォア分子との間の効率的な開裂を許容することを可能にさせるために、5´末端に隣接した十分な数のホスホジエステル結合を含む。この点に関する適切な数は、約1〜100である。
【0066】
フルオロフォア試薬
クマリン ホスホルアミダイト試薬
緑色染料FAMより短い発光波長を有する蛍光発光染料も、DNAベースのアッセイに利用可能である。しかしながら、従来技術においては、これらのプローブは、レーザ光源での消光が、より長い波長によるものよりも実用的でないことから、それほど一般的ではなかった。本発明者等が知る限りにおいて、青色蛍光発光染料を含むDNA合成試薬は今だ報告されていない。好適なクマリンフルオロフォアを含み、DNA合成に適したそのようなホスホルアミダイト試薬の一例が、化合物34として反応スキーム8に図示されている。このホスホルアミダイト試薬34において、R8及びR9は、独立的に、H,ハロゲン、−NO2,−SO3,−C(=O)NH2,又は−CH;−ORnn,−SRnn,−ORnn,−NHRnn,−N[Rnn]2であり、ここで、Rnnは、独立的にH,酸性又はアルカリ性条件下で除去可能でオリゴマ合成に使用可能なブロック基であり、又は1〜10炭素原子を含む基であり、j及びkは、独立的に1〜10である。図示されているように、前記試薬34は、458nmで光を放出する共役結合クマリン発色団を含む。このクマリン発色団を含むDNAプローブを作成したところ所望の蛍光発光特性が得られた。
【0067】
【化68】
【0068】
次に、一般的条件及び、具体的なホスホルアミダイト試薬34aを提供する例におけるスキーム8を参照すると、ヒドロキシル置換(2−オキソ−2H−クロメン−4−イル)−アルキルカルボキシルメチルエステル(31)を、ここに参考文献として合体させる刊行物ベーカー(Baker)等(J. Chem. Soc.; 170, 173 (1950))によって得る。この化合物31を、アミノアルカノールとの80℃での反応によってアルカノール誘導体32(具体的には、R8が−OHでR9が−Hである32a)に変換する。この32を先ずDMTrClと、次に、トリメチルアセテート無水物と反応させ、その後、DMTrブロック基を除去することによって、ピバロエート誘導体33、具体例33aでは、R8が−OC(=O)CH(CH3)2でR9が−Hである、を得る。この33を2−シアノエチル ジイソプロピルクロロホスホルアミダイトと反応させて試薬34(具体的には、R8が−OC(=O)CH(CH3)2,R9が−Hである34a)を得る。この試薬34を使用して、前記クマリンフルオロフォアをDNAプローブの5´末端に導入する。尚、自動化オリゴヌクレオチド合成中の前記保護基の除去は良好に行われ、高収率で得られることが銘記される。スキーム8中の記号j及びkは、それぞれ、0〜20及び1〜20と定義される。
【0069】
レゾルフィン ホスホルアミダイト
別の新規なクラスのDNA合成試薬は、親化合物(レゾルフィン)中に存在する7−ヒドロキシ−3H−フェノキサジン−3−オン発光団に基き、FAM発光から容易に区別される発光波長(595nm)を有する。本発明によれば、前記発光団は、更なる官能化の為に、所望のホスホルアミダイト試薬にリンカ構造を導入するように合成される。DNA合成に適したこれら試薬37の好適例の作成が反応スキーム9に図示されている。一般的に、試薬37において、R10及びR11は、独立的に、H,−OR12,−NHR13,ハロゲン,−O(CH2)nCH3,−(CH2)nCH3,−NO2,−SO3,−C(=O)NH2,−N[(CH2)nCH3]2,O−アルキル又はO−アルカノイルであり、ここで、前記アルキル又は前記アルカノイル基は1〜10炭素、又は−CNであり、ここでn=0〜5;h=1〜20、そして、R12及びR13は、ODN合成に使用可能なブロック基である。スキーム中のR14は、H又はDMTrである。
【0070】
【化69】
【0071】
一般条件及び具体例のスキーム9の例に図示されているように、ニトロソレコルシノール誘導体(市販もしくは、当該技術で入手可能)と、4−(3−ヒドロキシプロピル)ベンゼン−1,3−ジオール(フォルチャシン(Forchiassin)等J. Heterocyc. Chem. 20, 1983, 493-494によって得られる)とMnO2との反応によって、いくらかのレゾルフィン誘導体が混入したリザスリン誘導体が得られる。この混合物を、NH4OHとZnダストとによって処理して、主要不純物として2,3,4−トリヒドロ−2H−ピラノ[3,2−b]フェノキサジン−9−オンが混入したレゾルフィン誘導体35(具体的には、R10がOHでR11がHである35a)を得る。後者の混合物を、DMTrClとピリミジンとで処理し、次に、トリメチル酢酸無水物によって処理する。その生成物36を、次に、シリカゲル上でのクロマトグラフィによって精製し、36a(R10は−OC(=O)C(CH3)3,R11はHそしてR14はDMTr)のDMTr保護誘導体を得た。前記純粋DMTr誘導体を、TFA/CH2Cl2で処理して、シリカゲルクロマトグラフィ後に単一生成物36bを得た。36(R10は−OC(=O)C(CH3)3,R11及びR14はH)の2−シアノエチル ジイソプロピルクロロホスホルアミダイトでの処理によって、所望のODNへのフルオロフォアの導入に使用される所望のホスホルアミダイト試薬37(具体的には37a)を得た。
【0072】
【化70】
【0073】
PPTホスホルアミダイト
それぞれ384nmと400nmとに励起及び発光波長を有する紫色蛍光発光染料PPT44を導入したホスホルアミダイト試薬の合成を、反応スキーム10と例Xとに示す。このスキームによると、6−クロロ−3−n−ブチルウラシル38と2−(4−アミノフェニル)エタノール39とを反応させて、フェニル置換ウラシル誘導体40を得る。前記化合物38及び39は、当該技術及び化学文献によって得ることが可能である。室温でのDMF中での40と5−フォルミル−4,6−ジクロロピリミジンとの反応によって、三環性複素環式化合物41が得られる。NH3/Na2S2O4中での41の還元によって42を得て、これをその後、トルオイル誘導体43としてブロックする。最後の段階で43を2−シアノエチル ジイソプロピルクロロホスホルアミダイトと反応させて、ODNへのPPTフルオロフォアの導入に使用される試薬PPTシアノエチルホスホルアミダイト44を得る。
【0074】
更に別の実施例においては、フルオロフォアである、アルキルカルボキシル基によって置換された、クマリン、レゾルフィン及びPPTは、対応のホスホルアミダイト試薬の合成用の出発物質として作用する。フルオロフォアである、アルキルカルボキシル基によって置換された、クマリン、レゾルフィン及びPPTは、市販、又は、当該技術によって合成可能である。これらの化合物は、ペンタフルオロフェニルエステルとしてアルキルカルボキシル基上で活性化される。これらの活性化されたエステルを使用して、これらの染料をアミン修飾オリゴヌクレオチドに付着させる。
【0075】
同様に、更に別の実施例において、dUTP標識クエンチャ又はフルオロフォアが、例えば、米国特許第5,328,824号)の教示に基いて得られる。更に、7−標識ピラゾロ[3,4−d]ピリミジン標識クエンチャ又はフルオロフォアは、5,824,796(ここに参考文献として合体させる)によって合成され、オリゴヌクレオチドの標識に使用することができる。
【0076】
オリゴヌクレオチド合成用の、PPGレッドダイ(red dye)ベース及びその他のホスホルアミダイト試薬
別の実施例において、レッドダイ13クエンチャを、ピラゾロ[5,4−d]ピリミジン(PP)の3位置、又は、ピリミジンの5位置に付着する。次にスキーム11自身を参照すると、出発物質は、5−(4−アミノ−3−ヨードピラゾロ[5,4−d]ピリミジニル)−2−(ヒドロキシメチル)オキソラン−3−オール45であり、これはここに参考文献として合体させる刊行物シーラ(Seela)等. J. Chem. Soc., Perkin, Trans., 1 (1999, 479-488)によって入手可能である。化合物45を、先ず、N−プロピニル−2,2,2−トリフルオロアセテート(又は、前記スキームにおいてnが1〜10である場合のその同族体)と反応させ、次に、Pd(PPh3)4−CuIと反応させてアルキン誘導体46を得る。46のPd/H2還元と、その後の水酸化アンモニウム処理とによって、アミノアルキル誘導体47(PPA´)が得られる。PPA´と化合物2(反応スキーム1との関連において開示したように入手可能)との反応によってPPA´−レッド13 48が得られた。この48と(1,1−ジメトキシエチル)ジメチルアミンとの反応によって、ピラゾロ[5,4−d]ピリミジンのアミノ基をブロックし、49を得る。この49を先ず、DMTrClと反応させ、次に、2−シアノエチル ジイソプロピルクロロホスホルアミダイトと反応させて、DMTrClブロックPPA´−レッド13ホスホルアミダイト50を得る。
【0077】
【化71】
【0078】
6−アミノ−5−ヒドロキシ−3−ヨード−ピラゾロ[5,4−d]ピリミジン−4−オン(3−Iodo−PPG)のデオキシリボシドから出発する更に別の実施例において、3−Iodo−PPG部分に共有結合されたレッド13染料を含有するホスホルアミダイト試薬が、反応スキーム11に図示されているものに類似の反応によって合成される。同様に、5−アミノプロピルデオキシウリジンから出発して、5−アミノプロピル−デオキシウリジンに共有結合されたレッド13染料を含有するホスホルアミダイト試薬が合成される。
【0079】
当業者においては、上記開示から、本発明の範囲内の、前記ピラゾロピリミジン−レッド13−又はウリジン−レッド13−ベースのホスホルアミダイトには、そのようなリンカが当該技術及び本開示内容から利用可能な限りにおいて、ピラゾロピリミジンとウラシル塩基とレッド13クエンチャとの間に種々のリンカを含むことが可能であることが明白であろう。
【0080】
例
本発明の方法及び組成物は、オリゴヌクレオチドの別の核酸へのハイブリダイゼーションが使用される、現在使用されているものと今後開発されるものとの両方の種々の技術に使用可能である。これらの技術は、非限定的に、オリゴヌクレオチドの標的核酸へのハイブリダイゼーションが最終目的である技術;単数又は複数のオリゴヌクレオチドの標的核酸へのハイブリダイゼーションが、そのオリゴヌクレオチドをプライマとして使用し、標的核酸をテンプレートとして使用する単数又は複数のポリメラーゼ仲介伸長工程に先立って行われる技術;オリゴヌクレオチドの標的核酸へのハイブリダイゼーションを、別のプライマの伸長を阻止するために使用する技術;オリゴヌクレオチドの標的核酸へのハイブリダイズ後に、そのオリゴヌクレオチドを加水分解して付着標識を解放する技術;及び、二つ以上のオリゴヌクレオチドが標的核酸にハイブリダイズして、これら複数のオリゴヌクレオチド間の相互作用を測定する技術、を含む。オリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーションの条件、及び、温度、イオン強度、溶媒組成等のハイブリダイゼーションの度合い及び特異性に影響を与える要因は、当該技術において周知である。例えば、サムブルック(Sambrook)等、前出、オースベル(Ausubel)等、前出、イニス(Innis)等、前出(eds)PCR Protocols, Academic Press, San iego, 1990; ヘイムス(Hames)等 (edss)Nucleic Acid Hybridisation: A Practical Approach, IRL Press, Oxford, 1985;及びバン・ネス(van Ness)等(1991) Nucleic Acids Res. 19: 5143-5151を参照。
【0081】
ハイブリダイゼーションプローブ
本発明の一用途において、単数又は複数のFL−オリゴヌクレオチド接合体を、プローブ(単数又は複数)と標的核酸との間のハイブリダイゼーションを評価することによって、標的核酸を同定するプローブ(単数又は複数)として使用する。プローブは、本発明の検出可能な標識によって標識化することができ、或いは、標識との会合が可能な、又は、標的へのハイブリダイゼーション前又は後において第2の標識プローブにハイブリダイズすることが可能な、反応基を含ませることによって、ハイブリダイゼーション前又はハイブリダイゼーション後に標識化する能力を持たせることができる。この技術の基礎として、核酸プローブのハイブリダイゼーションの条件は当該技術において周知である。例えば、サムブルック(Sambrook)等, MOLECULAR CLONING: A LABORATORY MANUAL、第2版、Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989); オースベル(Ausubel)等, CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY, ジョン・ウィリ及びサンズ(John Wiley & Sons) (1987, 1988, 1989, 1990, 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1996); ヘイムス(Hames)等 (eds) Nucleic Acid Hybridization: A Practical Approach, IRL Press, Oxford, 1985及びバン・ネス(van Ness)等, Nucleic Acids Res. 19: 5143-5151 (1991)を参照。
【0082】
ハイブリダイゼーションは、当業者に周知のいくつかの方法の一つによって、ハイブリダイズしたプローブを遊離プローブから識別することによって、アッセイすることができる(即ち、ハイブリダイズした核酸を同定することができる)。これらの方法としては、非限定的に、直接的又は間接的な標的核酸の固体支持体への付着(第2の支持体結合プローブへのハイブリダイゼーション、又は、表面結合したリガンドと、プローブ接合したリガンドとの間の相互作用によって)、その後の、プローブとの直接的又は間接的なハイブリダイゼーション、そして、ハイブリダイズしなかったプローブを除去するための洗浄;ヌクレアーゼ抵抗性の測定;浮遊密度測定;核酸二体鎖に対して特異的なアフィニティ法(例えば、ヒドロキシアパタイト クロマトグラフィ);同じ標的核酸にハイブリダイズした複数のプローブ間の相互作用;その他公知の方法が含まれる。例えば、ファルコウ(Falkow)等、米国特許第4,358,535号、ウルダー(Urdea)等, 米国特許第4,868,105号及び第5,124,246号、フリーフェルダー(Freifelder), Physical Biochemistry, 第2版、Freeman & Co., San Francisco, 1982; サムブルック(Sambrook)等,前出、オースベル(Ausubel)等,前出、及びヘイムス(Hames)等、前出、を参照。
【0083】
標識化プローブ、加水分解可能プローブ及び標識化プライマを利用するアッセイ フルオロフォアとクエンチャとを含むオリゴヌクレオチド接合体のその他の用途としては、標識プローブが標的及び/又は標的の伸長生成物にハイブリダイズし、ハイブリダイゼーションの結果としてその標識の物理的状態の変化が起こる、アッセイがある。プローブは、第2の核酸分子中の標的配列にハイブリダイズ可能な核酸分子である。例えば、このタイプのアッセイの一つである、加水分解可能プローブアッセイは、DNAポリメラーゼ等の多くの重合化酵素は、5´−3´エキソヌクレアーゼ活性を本来的に有していることを利用する。従って、もしも、プローブが、重合化のためのテンプレートとして作用することが可能な配列にハイブリダイズするならば(例えば、もしもプローブが、増幅反応中において、二つの増幅プライマ間に位置するDNAの領域にハイブリダイズするならば)、上流側の増幅プライマで重合化を開始した重合化酵素は、そのプローブをエキソヌクレアーゼ的に消化可能である。もしもそのプローブがその標的にハイブリダイズして、もしも増幅がそのプローブがハイブリダイズした領域を横切って発生しているならば、そのようなプローブに付着したいかなる標識も解放される。解放された標識は標識化プローブから分離され、その標識の性質に応じて、当業者に周知の方法によって検出される。例えば、放射性標識されたフラグメントは薄層クロマトグラフィによって分離され、オートラジオグラフィによって検出可能であり;蛍光標識フラグメントは、適当な励起波長での放射と適当な発光波長での観察によって、検出することができる。この基本的技術は、例えば、ここに参考文献として合体させる米国特許第5,210,015号に記載されている。
【0084】
この技術のバリエーションにおいて、プローブは、蛍光発光標識とこの蛍光発光標識の蛍光発光を消光するクエンチャ剤との両方を含有する。この場合、前記蛍光発光標識は、前記クエンチャ剤に対するその空間的関係が変化するまで、例えば、蛍光発光標識がプローブからエキソヌクレアーゼ的に解放されるまで、検出不能である。従って、標的配列へのハイブリダイゼーションの前は、前記デュアル フルオロフォア/クエンチャ標識プローブは、蛍光発光しない。前記フルオロフォア/クエンチャ標識プローブのその標的へのハイブリダイゼーション後、それは、上流側プライマにおいて重合化を開始した重合化酵素のエキソヌクレアーゼ活性のための基質となる。プローブのエキソヌクレアーゼ的分解によって、蛍光発光標識がプローブから、従って、クエンチャ剤の近傍から放出され、適当な励起波長における放射時における蛍光発光信号の検出を可能にする。この方法は、放出された標識を、インタクトなプローブから分離する必要がないという利点を有する。多重法は、複数のプローブを利用し、これらプローブのそれぞれは、異なる標的配列に対して相補的であって識別可能な標識を有し、これによって複数の標的配列の同時アッセイを可能にする。
【0085】
この方法及びこれに関連する方法におけるFL−ODN−Q−DPI3接合体の使用によって、これらのアッセイをより速度、感度及び識別力が高いものとすることができる。特に、MGB−オリゴヌクレオチド接合体の、完全なハイブリッドと、単一塩基ミスマッチを含むハイブリッドとの間の識別を可能にする増大した能力によって、ここに参考文献として合体させる刊行物WO995162A2に記載されているような、一塩基多型等の同定において加水分解可能プローブアッセイを使用することが容易になる。例13及び14は、このタイプのアッセイにおけるFL−ODN−Q−DPI3接合体の有用性を例示している。当業者にとっては、単一ヌクレオチドミスマッチを識別可能な、本発明のもののような、組成物及び方法は、複数のミスマッチを含む配列間をそれぞれ識別することも可能であるということが理解されるであろう。
【0086】
別の用途実施例は、内在性の尾を備えた自己プローブプライマを使用し、ここで、クエンチャ/フルオロフォアはヘアピンに存在し、これは、プライマの伸長生成物をプローブすることができ、増幅後に蛍光発光する状態でアンプリコンにハイブリダイズする。これによって、標的配列のプロービングを、一分子事象に変換することができる(フィットコンベ D.(Whitcombe, D.) 等, Nat. Biotech., 17: 804-807 (1999))。
【0087】
蛍光発光エネルギ転移
本発明の前記新規組成物の更に別の用途において、フルオロフォア/クエンチャ対(FL−ODN−Q)を含むオリゴヌクレオチド接合体は、複数の蛍光発光標識プローブを使用する種々の技術に使用される。これらのアッセイの内のいくつかにおいて、蛍光発光標識の特性の変化を使用してハイブリダイゼーションをモニタする。例えば、蛍光発光共鳴エネルギ転移(FRET)が、オリゴヌクレオチドハイブリダイゼーションのインジケータとして使用されている。この技術の一実施例において、それぞれが、蛍光発光標識とクエンチャ分子とをそれぞれ含む、二つのプローブが使用される。前記蛍光発光標識は供与体であり、前記クエンチャは受容体であり、ここで、前記供与体の発光波長は、受容体の吸収波長とオーバラップする。これらプローブの配列は、それらが標的核酸の隣接する領域に対してハイブリダイズし、これによって、もしも標的が存在しているならば、蛍光発光供与体と受容体とを互いに近接させるように選択される。標的核酸の存在時には、前記蛍光発光供与体の吸収波長に対応する波長の放射によって、蛍光発光受容体からの放出が起こる。これらのタイプのアッセイは、それらは均質アッセイであって、未反応プローブを除去する必要のない、明確な信号を提供するという利点を有する。それら自身公知である、これらのアッセイの更なる詳細及びその他の具体例については、例えば、共にここに参考文献として合体させるヨーロッパ特許公報070685;及び刊行物カルデゥロ(Cardullo)等, (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85: 8790-8794を参照。本発明の前記新規組成物のその他の用途は、共に同じ標的核酸にハイブリダイズした二つの異なるオリゴヌクレオチド間の相互作用を測定する技術、及びそれらに関連の技術にある。適当な蛍光発光供与体/蛍光発光受容体対の選択は、所与の対について、蛍光発光供与体の発光波長が受容体の吸収波長にオーバラップするという原則に基いて、当業者には明らかであろう。DPI3−オリゴヌクレオチド接合体の、完全なハイブリッドと、単一塩基ミスマッチを含むハイブリッドとの間の識別を可能にする増大した能力によって、一塩基多型等の同定においてFRET−ベースの技術を使用することが容易になる。
【0088】
本発明の前記新規組成物の別の用途において、FL−ODN−Q接合体の蛍光発光は、そのネイティブな状態で消光される。しかし、意図される標的とのハイブリダイゼーション後は、フルオロフォアとクエンチャ部分との空間配置が変化して蛍光発光が起こる。この基本的技術については、例えば、共にここに参考文献として合体させる、チアギ(Tyagi)等, Nat. Biotech., 16: 49-53 (1998)及び米国特第5,876,930号を参照。
【0089】
尚、本発明において、本発明のクエンチャと使用されるのに特に有用とされ、本発明によってODNに導入される前記フルオロフォアの他に、当業者は、参考文献、ホーグランド(Haugland) Handbook of Fluorescent Probes and Research Chemicals,第6版, Eugne, OR. pp.235-236. 1996; ベールマン(Berlman), Handbook of Fluorescence Spectraof Aromatic Molecules, 2nd, Academic Press, New York, 1971; デゥ(Du)等, Photochem CAD. A Computer-Aided Design and Research Tool in Photochemistry, Photochem. Photobiol. 68: 141-142 (1998)等の文献に記載されている光学特性に基き、本発明のクエンチャと組み合わせて使用されるその他のフルオロフォアを選択することができると理解される。従って、これらの公知のフルオロフォアとの組み合わせでの、前記新規ODNクエンチャ接合体の使用は本発明の範囲内に含まれると見なされる。
【0090】
別の用途において、前記小溝バインダ,DPI3は、FL−ODN−Q−CDPI3接合体においてクエンチャと結合されて、信号対ノイズ比を改良する(表2を参照)。好適なクエンチャは、式6のクエンチャであり、より好適なクエンチャは、8−11,12−16及び30である。
【0091】
本発明の前記新規なフルオロフォア(34,37及び44)と組み合わせて使用されるその他のクエンチャとしては、ダブシルニトロチアゾール,TAMRA,6−(N−[7−ニトロベンズ−2−オクサ−1,3−ジアゾル−4−イル]アミノ)ヘキサン酸,6−カルボキシ−X−ローダミン(Rox)及びQSY−7がある。
【0092】
本発明の前記新規なフルオロフォア/クエンチャ対のその他の用途は、前記対を酵素基質に導入することであり、ここで、蛍光発光は、そのフルオロフォアとクエンチャとの近接性によって消光される。しかしながら、酵素が基質を開裂した後は、フルオロフォアとクエンチャとが分離され、蛍光発光が観察される。この技術の一例を、以下、ホスホジエステラーゼ酵素を使用して説明する。当業者には、前記新規なクエンチャとフルオロフォアとの両方を含む適当な基質を、その基質を開裂する酵素のために構築することが可能であることが明白であろう。
【0093】
オリゴヌクレオチドアレイ
別の用途において、本発明のFL−ODNは、オリゴヌクレオチドのアレイを使用する操作に利用される。それ自身公知であるこの技術の具体例には、ハイブリダイゼーションによる配列決定と、遺伝子発現のアレイベースの分析が含まれる。これらの操作において、異なる既知の配列のオリゴヌクレオチドの秩序配列が、単数又は複数のテストポリヌクレオチド、核酸又は核酸集団(nucleic acid populations)へのハイブリダイゼーションのためのプラットフォームとして使用される。ハイブリダイズしたオリゴヌクレオチドの測定とそれらの既知の配列とのアラインメントとによって、テストポリヌクレオチドを再構築することが可能である。これらの技術の説明については、米国特許第5,492,806号、第5,525,464号、第5,556,752号及びPCT公報WO92/10588及びWO96/17957を参照。これのすべてをここに参考文献として合体させる。アレイの構築のための材料としては、非限定的に、ニトロセルロース、ガラス、シリコンウエハ、及び光ファイバがある。
【0094】
構造的考慮事項
オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド及び核酸という用語は、修飾又は非自然発生ヌクレオチドを含有する、DNA又はRNA(或いはそれらの両方)の一本鎖又は二本鎖のポリマ、或いは、非限定的に、ニールセン(Nielsen)等(1991) Science 254: 1497-1500に開示されているペプチド核酸、バイシクロDNAオリゴマ(ボリ(Bolli)等(1996) Nucleic Acids res. 24: 4660-4667)及びそれらに関連する構造を含む、DNA又はRNAと安定な塩基対合を形成可能な如何なる他のタイプのポリマを、相互交換可能に意味する。単数又は複数のMGB部分及び/又は単数又は複数の蛍光発光標識、及びクエンチャ剤を、前記オリゴマの5´末端、3´末端又はその内部に付着させることができる。本発明において好適なMGBは、DPI3であり、好適なクエンチャはレッド13アミドである。
【0095】
本発明のおいて好適であるのは、一本鎖で、100ヌクレオチド以下、好ましくは50ヌクレオチド以下、より好ましくは30ヌクレオチド以下、最も好ましくは、約5ヌクレオチドを下限として20ヌクレオチド以下の長さを有するDNAオリゴヌクレオチドである。
【0096】
フルオロフォア/クエンチャ対を含み、MGB有り又は無しのオリゴヌクレオチド接合体は、自然発生塩基であるアデニン、シトシン、グアニン、チミン、及びウラシルに加えて、単数又は複数の修飾塩基を含むことができる。修飾塩基は、単数又は複数の官能基の追加又は欠失、複素環構造の相違(即ち、炭素の複素原子による置換、あるいはその逆)、及び/又は塩基に対する単数又は複数のリンカアーム構造の付着によって、自然発生塩基とは異なるものと考えられる。本発明の前記ODN接合体に含ませることが可能な修飾ヌクレオチドとしては、7−デアザブリン及びそれらの誘導体、及び、ピラゾロピリミジン(ここに参考文献として合体させるPCT WO90/14353)、及び共有及び同時係属出願第09/054,630に記載がある。
【0097】
このタイプの好適な塩基類似体は、グアニン類似体である6−アミノ−1H−ピラゾロ[3,4−d]ピリミジン−4(5H)−オン(ppG又はPPG)、及び、アデニン類似体である4−アミノ1H−ピラゾロ[3,4−d]ピリミジン(ppA又はPPA)を含む。更に、キサンチン類似体である1H−ピラゾロ[5,4−d]ピリミジン−4(5H)−6(7H)−ジオン(ppX)も使用される。これらの塩基類似体は、オリゴヌクレオチド中に含まれる時、ハイブリダイゼーションを強化し、ミスマッチ識別を改善する。自然発生塩基、修飾塩基、及び塩基類似体のすべての互変体形状のものを本発明のオリゴヌクレオチド接合体に含ませることができる。
【0098】
同様に、本発明において、修飾糖又は糖類似体を、オリゴヌクレオチド接合体の単数又は複数のヌクレオチドサブユニット中に存在させることができる。糖修飾としては、非限定的に、糖の2´,3´及び/又は4´炭素原子への置換物の付着、異なるエピマー形状の糖、グリコシド結合のα又はβ配置の違い、及びその他のアノマー的相違が挙げられる。糖部分は、非限定的に、ペントース、デオキシペントース、ヘキソース、デオキシヘキソース、リボース、デオキシリボース、グルコース、アラビノース、ペンタフラノース、キシロース、リキソース、及びシクロペンチルを含む。
【0099】
修飾ヌクレオチド間結合も、本発明のオリゴヌクレオチド接合体中に含ませることができる。そのような修飾結合は、非限定的に、ペプチド、ホスフェート、ホスフォジエステル、ホスフォトリエステル、アルキルホスフェート、アルカンホスホネート、チオホスフェート、ホスホロチオエート(phosphorothioate)、ホスホロジチオエート、メチルホスホネート、ホスホルアミダイト、置換ホスホルアミダイト等を含む。オリゴヌクレオチド中においてプローブ及び/又はプライマとして作用するべく適用可能な、その他いくつかの塩基、糖、及び/又はヌクレオチド間結合の修飾は、当業者にとって明白であろう。
【0100】
本発明のいくつかの好適実施例は、反応スキーム3に図示されているように、種々のクエンチャ発光団及びリンカを伴う種々のホスホルアミダイトの合成、及び、蛍光発光MGB ODNの3´末端におけるそれらの導入に関する。種々の蛍光発光レポータ基(反応スキーム7に図示)も、前記オリゴヌクレオチドプローブに導入された。これらは、実験の部に記載されている。これらOND接合体の蛍光発光特性は、表2に記載されている。他の実験において、MGB分子は、それらの望ましい改良されたハイブリダイゼーション特性により、ハイブリダイゼーション特異性、蛍光消光及び蛍光発光信号の損失無く、フルオロフォアとクエンチャとの両方を有するオリゴヌクレオチドに導入された。隣接する芳香性DPI3残基に結合されたフラットな芳香性クエンチャは、厳格な幾何学的要件を有する。なぜなら、オリゴヌクレオチドとDPI3残基との間のリンカは、DNA二本鎖形成後における小溝中のDPI3の配置を可能にするのに十分にフレキシブルなものでなければならないからである。
【0101】
本発明の試薬の特性
本発明の試薬及び方法によって合成された様々なFL−ODN−Q−DPI3接合体が式7〜16に図示されており、ここで、nは、オリゴヌクレオチド中の塩基を数を表わし、R2はFAM又はTAMRAである。“B”は、デオキシリボース糖部分に付着した複素環塩基を示す。
【0102】
【化72】
【0103】
式7〜16によって表わされる化合物に導入されたクエンチャは、本発明において、それぞれ、レッド1(Red1),レッド13(Red13)及びダブシルとして示す、市販の2−[4−(4−ニトロフェニルアゾ)−N−エチルフェニルアミノ]エタノール(ディスパース レッド1(Disperse Red 1)),2−[4−(2−クロロ−4−ニトロフェニルアゾ)−N−エチルフェニルアミノ]エタノール(ディスパース レッド13(Disperse Red 13))及び2−[4−(ジメチルアミノ)フェニルアゾ]安息香酸、である。
【0104】
レッド13及びダブシルオリゴヌクレオチド接合体のUV特性
図2は、ダブシル(式7、その他の点では非修飾のDNAプローブの3´末端に導入された場合はDPI3無し)との比較で、レッド13発光団(式8、DPI3無し)の吸収特性を図示している。レッド13発光団のより広範囲の吸収(特に、長波長における)は、明らかな利点である。レッド13の8maxが522nmであるのに対してダブシルの8maxが479nmであることに注目。レッド13の吸収は、フルオレセイン(発光最大=525nm)の消光に理想的であるだけではなく、同時に、その他の一般的なレーザ染料の蛍光発光放射にオーバラップしている。
【0105】
種々のクエンチャ及びリンカを有するDPI3プローブの消光特性
式7〜16の10の蛍光発光プローブについて、各プローブの標準溶液の蛍光発光を、実験の部に記載されているように、ヘビ毒液ホスホジエステラーゼ(PDE)での消化の前と後とに、測定した。このPDEアッセイは、各プローブの消光特性を比較することを可能にする。消化されたプローブの蛍光発光(信号)を初期蛍光発光(ノイズ)で割ることによって、表1に示されている信号対ノイズ比(S/N)が得られた。S/Nの大きな数字は、インタクトプローブのより効果的な蛍光消光(低い蛍光発光バックグランド)を表わす。
【0106】
【表1】
【0107】
表1のデータから、レッド13発光団と、それに密接に関連したレッド1発光団が、ダブシルよりも、種々のリンカを伴うFAM及びTAMRAの両方に対して良好なクエンチャであることが明らかである。リンカは、レッド13発光団による消光に影響を与えうる。例えば、式14及び式15は、FAMとは良好に作用したが、TAMRAでは消光効果が悪かった。ダブシルが、特にTAMRAプローブに関して、非常に良好に作用したことは幾分意外である。後述するように、ダブシルによる効果的なFRET消光は、MGBプローブの特定のケースである。
【0108】
【化73】
【0109】
DPI3プローブとDPI3無しのプローブとの消光特性の比較
レッド13クエンチャ発光団の利点を更に示すために、3´−ヘキサノルブロック基(MGB無し)を備える蛍光発光プローブと比較した。同じ配列を有する13の蛍光発光プローブの構造と蛍光発光特性とを前記PEDアッセイを使用して比較した。この研究(表2)においては赤色感知検出器を使用し、表1に図示した研究においては青色感知検出器を使用した(検出器の違いによって、同じフルオロフォアに対する感度が異なる為、同じODNに対するS/Nは異なる)。次の構造上の変更を表2に要約する。プローブタイプ(MGB無し対MBG)、クエンチャ(ダブシル対レッド13対レッド13アミド)、そしてレポータ染料(FAM対TAMRA)。
【0110】
【表2】
1 信号対ノイズ(S/N)は、上述したホスホジエステラーゼアッセイを使用して測定された。ODN配列は、5´−gagggatgtaaaaat(配列識別番号1(SEQ ID NO:1))であった。ダブシル又はレッド13クエンチャ(Q)のリンカ構造は、それぞれ式7及び8に図示されている。レッド13アミドのリンカ構造は、反応スキーム7の30に図 示され、ここでR0はNO2,R1=2−Cl,R2=R3=R4=H;t=v=3である。
【0111】
表2のデータから、DPI3を含まないプローブにおいて、染料レッド13クエンチャは、FAMとTAMRAとの両方においてダブシルよりも良好に作用することが明白である。DPI3含有プローブでは、染料レッド13は、TAMRAとの組み合わせにおいてよりも、FAMとの組み合わせで遥かに良好に作用する。8と30とは共に、両方のフルオロフォアを含有するDPI3含有プローブにおいてより良好に作用し、FAMの場合に最良のS/N比を示す。従って、レッド13発光団は、長い波長の蛍光発光レポータ基に対してダブシルよりもより効果的なクエンチャであるということが判った。大半の一般に使用されていフルオロフォア(FAM)に関して、S/Nの2.5倍の増大が標準の(DPI3無し)プローブで観察された。レッド13によるこの消光の改善は、図2に示すスペクトルのオーバラップの増加と標準FRETメカニズムとに一致している。DPI3プローブに導入された時の、8と30との両方のS/Nの増大は、劇的であり驚異的である。レッド13クエンチャとDPI3との組み合わせによって、とFAM消光において10倍のS/Nの増大と、TAMRA消光において28倍のS/Nの増大が得られた。
【0112】
DPI3残基がダブシル及びレッド13発光団による蛍光消光を改善することは驚くべきことである。理論によって限定されることは望むものではないが、現時点においては、溶液中の蛍光発光プローブのランダムコイル形状が、DPI3プローブ中において、フルオロフォアとクエンチャとの間の平均距離がMGB無しのプローブにおいてよりも近くなるようにより構造化されるものと推定されている。このDPI3プローブ中における平均距離の短縮(よりタイトなコイル)によって、FRETがより効率的になるのであろう。この相互作用の性質は正確には判っていないが、クエンチャと染料発光団のUVスペクトルはDPI3によって影響されない。これは、UVスペクトルが規制形状(衝突消光)によって変化する蛍光発光ヘアピンプローブと対照的である。
【0113】
「リアルタイム」PCRアッセイにおける蛍光発光DPI3プローブの性能
5´−フルオレセインとレッド13アミドリンカとを備えて作成されたDPI3プローブを、そのハイブリダイゼーション特性がリンカシステムと適合可能であるか否かを調べるために5´−ヌクレアーゼアッセイにおいてテストした。図3に図示されているように、ダブシルとレッド13との両方が、MGBプローブに使用された時に、5´−ヌクレアーゼアッセイにおいてフルオレセインに対するクエンチャとして作用した。レッド13は、初期蛍光発光(バックグランド)が低いこととPCR後のプラトーが高いことによって示されているように、ダブシルよりも性能がよかった。現在市販されているサーマル−サイクル螢光計では、リアルタイムPCRにおいてより長い波長は読み取ることはできないが、レッド13は、PCR後のエンドポイントでのTAMRA含有プローブと良好なS/N比を提供することが示された。
【0114】
別の一般方法によれば、本発明の5´−フルオロフォア−ODN−Q−MGB接合体は、直接的ハイブリダイゼーションによってDNA標的を検出するように構成されたアッセイにおいて性能を改善した。この方法の基本的説明は、ここに参考文献として合体させる米国特許第5,876,930号に見られる。このアッセイ方式において、非ハイブリダイズプローブ(FRETによって消光)が、リジッドな二本鎖構造を形成することによって蛍光発光性となり、これによって、クエンチャとフルオロフォアとを分離させる。
【0115】
【表3】
蛍光発光プローブの構造は、FL−ODN−Q−CDPI3であり、ここで、Qはレッド13アミド、そしてODN配列は5´−GTC CTG ATT TTA C(配列識別番号2(SEQ ID NO:2))であった。フルオロフォアであるFAM,TAMRA,cy3及びcy5は、市販のホスホルアミダイト試薬を使用して導入された。クマリンとレゾルフィン フルオロフォアは、後述するように作成されたホスホルアミダイト34及び37を使用して導入された。
【0116】
【表3】
蛍光発光プローブの構造は、FL−ODN−Q−CDPI3であり、ここで、Qはレッド13アミド、そしてODN配列は5´−GTC CTG ATT TTA C(配列識別番号2(SEQUENCE Id. No. 2))であった。フルオロフォアであるFAM,TAMRA,cy3及びcy5は、市販のホスホルアミダイト試薬を使用して導入された。クマリンとレゾルフィン フルオロフォアは、後述するように作成されたホスホルアミダイト34及び37を使用して導入された。
【0117】
蛍光発光放出は、図4のオーバーレイスペクトルに図示されているように、FAMから十分に分離されている。表3に図示されているように、レゾルフィン蛍光発光も、レッド13発光団によって消光される。このように、レゾルフィンホスホルアミダイトは、FRETプローブでの使用、及び、多色分析用のFAMとの組み合わせの使用において非常に優れた特性を有している。
【0118】
表3に図示されているように、クマリン蛍光発光は、レッド13発光団によっても消光される。従って、クマリンホスホルアミダイト試薬をFRETプローブに、特に、多色分析用にFAMと組み合わせて、導入することができる。
【0119】
FRET式酵素基質
前記改良式クエンチャ分子は、その他のFRET式アッセイシステムに使用することができる。本発明の別の一般的用途によれば、クエンチャ分子と、フルオロフォアとが、酵素基質に付着され、この基質は、このQ−基質−フルオロフォア接合体に対するその触媒作用によって、前記Qとフルオロフォア分子を開裂し分離する。例えば、反応スキーム3に図示されているペンタフルオロフェニル活性化エステル11は、タンパク質分解酵素の研究のために、ペプチドのリジン残基の標識化に使用することができる。
【0120】
実験手順
一般的実験
すべての空気及び水感応性反応は、僅かに正圧のアルゴン下で行われた。無水溶剤は、Aldrich (Milwaukee, WI)から入手した。フラッシュクロマトグラフィを230−400メッシュのシリカゲル上で行った。融点は、開放細管中でMel−Temp融点装置で測定し、補正しなかった。元素分析を、Quantitative Technologies Inc. (Boundbrook, NJ)によって行った。UV可視吸収スペクトルを、200−400nmの帯域で、UV−2100(Shimadzu)又はLambda 2(Perkin Elmer)分光計によって記録した。1H NMRスペクトルを、Bruker WP-200又はVarian XL-200分光計上で20ECで実行した。化学シフトは、Me4Siからダウンフィールドへppmで報告する。薄層クロマトグラフィを、シリカゲル60F−254(EM Regents)アルミニウムバックのプレート上で実行した。
【0121】
例1
2−({4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}エチルアミノ)エチル(2S,4R)−2−{[ビス(4−メトキシフェニル)フェニルメトキシ]メチル}−4−{[ビス(メチルエチル)アミノ](2−シアノ−エトキシ)ホスフィノオキシ}ピロリジンカルボキシレート(5)。
2−({4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}エチルアミノ)エチル(5S,3R)−3−ヒドロキシ−5−(ヒドロキシメチル)ピロリジンカルボキシレート(3)。
90mlの無水ピリミジン中の、2−[4−(2−クロロ−4−ニトロフェニルアゾ)−N−エチルフェニルアミノ]エタノール(Disperse Red 13, Aldrich Chemical Co., 9.0 g, 28.80mmol)の溶液と4−ニトロフェニル クロロフォルメート(Aldrich Chemical Co., 9.4 g, 46.61 mmol)を、70℃で40分間攪拌し、中間体2を得た。前記反応溶液に対してエタノール(5.0ml)を添加し、その後、トランス−ヒドロキシプロリノール(リード(Reed)等,Bioog. Chem. 2: 217-225(1991)(エタノール中の0.5M溶液42ml)とトリエチルアミン(3.2ml)とを添加した。その結果得られた溶液を30分間70℃で攪拌した。その溶液を乾燥状態まで蒸発させ、その残渣を1リットルの水中に懸濁させ、エチルアセテート(3x500ml)によって抽出した。プールされた抽出物を硫酸ナトリウム上で乾燥させ、濾過し、蒸発させた。その残渣を、エチルアセテート中における0〜10%メタノールのグラジエント溶出によるシリカゲルクロマトグラフィによって精製した。その精製生成物フラクションを、蒸発させ、エチルアセテートエーテルから析出させた:9.2g(59%);TLC(エチルアセテート),Rf=0.25。1H NMR(DMSO−d6)δ8.43(1H,d,j=2.5Hz),8.25(1H,dd,j=9.0及び2.4Hz),7.86(2H,d,j=9.1Hz),7.78(1H,d,j=9.0Hz),6.96(2H,d,j=9.3Hz),4.88(1H,m),4.67(1H,t,j=5.7Hz),4.19(3H,m),3.80(1H,m),3.73(2H,t,J=5.4HZ),3.56(2H,q),3.46(1H,t,J=4.7Hz),3.27(1H,m),1.94(1H,m),1.79(1H,m),1.17(3H,t,J=6.8HZ)。分析、計算C22H26ClN5O6+0.2H2O:C,53.32;H,5.37;N,14.13。結果:C,53.24,H,5.25;N,13.99。
【0122】
2−({4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル]ジアゼニル}フェニル}エチルアミノ)エチル(5S,3R)−5−{[ビス(4−メトキシフェニル)フェニルメトキシ]メチル}−3−ヒドロキシピロリジンカルボキシレート(4)。
130mlの無水ピリミジン中の3(9.1g,18.53mmol)の溶液に対して、6.26gの塩化ジメトキシトリチルを添加した。この溶液を室温で3時間攪拌し、次に、300mlの5%重炭酸ナトリウム溶液に注いだ。この混合物を、エチルアセテート(2x300ml)で抽出し、その組み合わされた抽出物を、硫酸ナトリウム上で乾燥させ、濾過し、蒸発させた。その残渣を、エチルアセテート中の20〜0%ヘキサン・グラジエント、その後、0〜2%のメタノール・グラジエント溶出でシリカゲルクロマトグラフィによって精製した。このクロマトグラフィ溶離液も、1%のトリエチルアミンを含有していた。前記精製生成物フラクションを組み合わせて、アモルファス固体(amorphous solid)を得た:12.66g(86%);TLC(エチルアセテート),Rf=0.44。1H NMR(DMSO−d6)δ8.45(1H,s),8.26(1H,d,J=8.9Hz),7.82(3H,m),7.27(4H,m),7.16(5H,m),6.95−6.79(6H,m),4.95(1H,m),4.32(1H,m),4.14(1H,m),3.99(2H,m),3.73(1H,m),3.69(6H,m),3.56(1H,m),3.40−3.30(2H,m),3.14(1H,m),2.10−1.82(2H,m),1.16(3H,m),1.06(3H,t,J=6.5Hz)。分析、計算C43H44ClN5O8+0.2H2O:C,64.73;H,5.61;N,8.78。結果:C,65.08,H,5.70;N,8.31。
【0123】
2−({4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}エチルアミノ)エチル(2S,4R)−2−{[ビス(4−メトキシフェニル)フェニルメトキシ]メチル}−4−{[ビス(メチルエチル)アミノ](2−シアノ−エトキシ)ホスフィノオキシ}ピロリジンカルボキシレート(5)。
【0124】
【化74】
【0125】
8.0mlのN,N−ジイソプロピルエチルアミンを含有した440mlの無水塩化メチレン中に溶解した4(12.63g,15.19mmol)の溶液に、5.94mlの2−シアノエチルジイソプロピルクロロホスホルアミダイトを添加した。この溶液をアルゴン下で室温で30分間攪拌した。その反応混合物を10mlのメタノールで処理し、400mlの5%重炭酸ナトリウム溶液に注入した。有機相を硫酸ナトリウム上で乾燥させ、蒸発させた。その残渣を、エチルアセテート(2% トリエチルアミン)中の40−20%ヘキサン・グラジエント溶出でシリカゲルクロマトグラフィによって精製した。精製生成物フラクションを、蒸発させてアモルファス固体を得た:14.75g(93%収量)。31P NMR(DMSO−d6)δ146.93(一重項)。分析。計算C52H61ClN7O9+1.0H2O:C,61.68;H,6.27;N,9.68。結果:C,61.44,H,6.47;N,9.35。
【0126】
例2
レッド13−ピロリジン−DMTr−CPG 12
ペンタフルオロフェニルエステル(11)とレッド13 ピロリジン DMTr CPG(12)の合成 反応スキーム3。
【0127】
【化75】
【0128】
ペンタフルオロフェニルエステル(11)を、例4と反応スキーム5に記載した、化合物22の合成に使用したものと同じ方法によって合成する。
【0129】
レッド13−ピロリジン−DMTr−CPG(12)
10gのLCAA CPGを、5mlのDMF中の11の0.3M溶液と合せて、緩やかに一晩撹伴し、その時、それを濾過し、2x100mLのDMF,2x100mLのアセトニトリル、及び2x100mLのエーテルで洗浄した。微少量のエーテルを真空除去した(オイルポンプ)。未反応アミノ基を、前記CPGを40mLの乾燥ピリミジンと5mLの無水酢酸とによって処理することによってアセチル化した。1.5時間の渦流(swirling)後、CPGを濾過し、2x100mLのDMF,2x100mLのアセトニトリル、及び2x100mLのエーテルで洗浄した。微少量のエーテルを真空除去した(オイルポンプ)。25mLの1:1/70%過塩素酸:メタノール中で3 5mgのCPGを処理することによって、前記CPGのMMTローディングを、分析した。放出されたMMT陽イオンの吸収を472nmで記録し、ローディングレベルを、下記の等式を使用して30 40mmol/gのCPGに調節した。
MMTローディング(mmol/g)=A472x体積(mL)x14.3,CPG(mg)のwt
【0130】
例3
2−(4−ニトロフェニル)エチル3−(ピロロ[4,5−e]インドリン−7−イルカルボニル)ピロロ[4,5−e]インドリン−7−カルボキシレート(17)。(反応スキーム4)
2−(4−ニトロフェニル)エチル3−[(tert−ブチル)オキシカルボニル]ピロロ[4,5−e]インドリン−7−カルボキシレート(14)。
10グラム(33.1mmol)の十分乾燥した3−[(tert−ブチル)オキシカルボニル]ピロロ[3,2−e]インドリン−7−カルボキシル酸(ボジャー(Boger), D. L., コールマン(Coleman), R.S. インベルゴ(Invergo), B. J. (1987) J. Org. Chem. 52, 1521)をアルゴンを充填したフラスコに入れ、84mLのTHFと10.4mL(66.2mmol)のジエチルアゾカルボキシレート(DEAD)を添加する。次に、滴下漏斗をフラスコ(アルゴンでフラッシング)の上に載せ、ウォーターバス(フラスコを冷却するため)をその下に置く。160mLのエチルエーテル中の、17.3g(66mmol)のトリフェニルホスフィンと6.64g(39.7mmol)の2−(p−ニトロフェニル)エタノールの溶液を作る。この溶液を前記滴下漏斗に加え、その後、攪拌しながら、前記反応フラスコに滴下によって加える。反応を1時間進行させ、その時、反応が完全であるか否かを調べるためにUV(254nm)によって調べるTLC分析(2:1ヘキサン/酢酸エチル)を行う。もしも反応が完全であれば、その場合、ベースラインスポット(帯青)が消え、0.55のRfで、生成物が暗色スポットとして現れる。多くの場合、特に反応物が完全に乾燥していない場合には、トリフェニルホスフィンとDEADとの追加ポーションが必要である。その場合には、通常、元の量の1/10、即ち、1.73gのトリフェニルホスフィンと1.04mLのDEADで十分である。これらは、攪拌溶液に対してニート(neat)に添加することができる。更に1時間反応させ、その後、もう一回のTLC分析によって通常、完全な反応が示される。生成物は、通常、一部が沈殿し、これを濾過によって収集し、メタノールで洗浄し、次に、最小量(通常は80−100ml)の温アセトン中に溶解させ、その4倍の量の温メタノールを添加することによって再結晶化させる。数時間、恐らく一晩で4℃まで冷却させる。もとの沈殿物の上澄みを取り、シロップ状態又は乾燥状態まで蒸発させる。これも、最小量の温アセトン、通常は約100−120mLの温アセトン、中で溶解させる。これら二回の再結晶化に使用されるアセトンの総量は、通常約200mLである。前と同様に、アセトンの量の4倍に等しい量の温メタノールを添加する。溶液を冷却すると、ほとんど即座に結晶化が始まるが、これを数時間乃至一晩継続させる。再結晶化は極めて効率的であるが、前記反応上澄みからの生成物は、通常、十分に精製されていないので、再結晶化によって精製する。その収率は、約85%である。(mp191−193℃)1H NMR(DMSO−d6)δ11.83(s,1H),8.18(d,J=8.5Hz,2H),7.84(br s,1H),7.64(d,J=8.5Hz,2H),7.25(d,J=8.3Hz),6.96(s,1H),4.56(t,J=6Hz,2H),4.00(t,J=8.8Hz,2H),3.21(m,4H),1.51(s,9H)。燃焼分析:結果:C,63.16%;H,5.56%;N,9.45%。計算0.4モル添加水:C,62.8%;H,5.7%;N,9.16%。
【0131】
2−(4−ニトロフェニル)エチル ピロロ[4,5−e]インドリン−7−カルボキシレート(15)。
2グラム(4.43mmol)の14を、丸底フラスコ中に量って入れる。次に、換気フード内で、25mL(325mmol)のトリフルオロ酢酸を添加し、フラスコをキャップし、攪拌する。固体は約1分間で溶解する。この混合物を1時間攪拌し、その時、脱保護が行われる(HPLCをチェックとして使用することができる)。前記酸を、ロータリ・エバポレータ(トラップを使用)で蒸発させ、その生成物を、100mLの塩化メチレン中に溶解させる。これを、100mLの1/2乃至2/3飽和重炭酸ナトリウム溶液で2回抽出する。水性相を、〜50mLの塩化メチレンで一度逆抽出し、これを残りと合せる。有機層を硫酸ナトリウム上で二回乾燥させ、蒸発させて茶色の固体を得る。所望の場合は、この物質を、塩化エチレン中に非常に濃縮された溶液として希釈し、メタノールによと冷却とによって再結晶化することができる。100%に近い収率が通常得られる。mp 192−194℃。1H NMR(DMSO−d6)δ11.51(s,1H),8.18(d,J=8.5Hz,2H),7.63(d,J=8.5Hz,2H),7.11(d,J=8.51H),6.80(s,1H),6.70(d,J=8.5Hz),5.03(br s,1H),4.54(t,J=6.4Hz,2H),3.46(t,J=8.6Hz,2H),3.19(m,2H),3.04(t,J=8.6Hz,2H)。燃焼分析:計算C19H17N3O4;C,64.94%;H,4.88%;N,11.96%。結果:C,65.50%;H,4.70%;N,11.64%。
【0132】
2−(4−ニトロフェニル)エチル 3−({3−[(tert−ブチル)オキシカルボニル]ピロロ[4,5−e]インドリン−7−イル}カルボニル)ピロロ[4,5−e]インドリン−7−カルボキシレート(16)。
3.09グラム(8.8mmol)の15を、2.66グラム(8.8mmol)の13(ボジャー(Boger), D. L. Coleman(コールマン), R. S. (インベルゴ)Invergo,B. J. (1987) J. Org. Chem. 52, 1521)と混合し、46mLのDMFを添加する。次に、3,85グラム(8.77mmol)の1−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]−3−エチルカルボジイミド塩酸塩を添加する。この混合物を約3時間攪拌する。混合物は最初は均質であるが、攪拌が進むにつれて、生成物の沈殿物が形成される。前記溶媒DMFを高真空下で蒸発させ、約100mLのメタノールを添加する。混合物を渦流し、焼結ガラス漏斗で濾過し、次に、3X50mLポーションのメタノールで完全に洗浄する。次に、それを真空乾燥させる。100%に近い収率が通常得られる。mp 132E−134℃。1H NMR(DMSO−d6)*:11.93(s,NH,1H),11.62(s,NH,1H),8.30(br s,芳香族陽子,1H),8.27(br s,芳香族陽子,1H),8.19(d,芳香族陽子,J=8.3Hz,2H),7.65(d,芳香族陽子,J=8.3Hz,2H),7.34(d,J=9Hz,芳香族陽子,1H),7.29(d,J=9Hz,芳香族陽子,1H),7.07(s,芳香族陽子,1H),6.98(s,芳香族陽子,1H),4.60(m,脂肪族陽子,4H),4.02(t,J=8.5Hz,脂肪族陽子,2H),3.40(t,J=8Hz,脂肪族陽子,2H),3.24(m,脂肪族陽子,4H),1.52(s,3xCH3,9H)。燃焼分析:計算:C,66.13%;H,5.23%;N,11.02%。結果:C,65.94%,H,5.19%;N,11.07%。
【0133】
2−(4−ニトロフェニル)エチル 3−(ピロロ[4,5−e]インドリン−7−イルカルボニル)ピロロ[4,5−e]インドリン−7−カルボキシレート(17)
【0134】
【化76】
【0135】
5グラムの16をフラスコに入れる。100mLのトリフルオロ酢酸を添加し、混合物を攪拌する。1時間後、酸をロータリ・エバポレータで蒸発させ、100mLの飽和重炭酸ナトリウム溶液と100mLの水を添加する。この混合物を〜1/2時間、攪拌又は超音波処理し、次に濾過し、水と、その後エタノールとで洗浄し、真空乾燥させる。この物質は再結晶化することができる。それを、最小量の温DMF中に溶解させ、次に、約3倍のポーションのエタノールを添加し、その溶液を2−3分間超音波処理する。クリーム色〜茶色の物質が結晶析出される。これを、メタノールで洗浄し、真空乾燥させる。その収率は理論値に近づく。1H NMR(DMSO−d6)δ11.96(s,NH,1H),11.71(s,NH,1H),8.30(br s,芳香族陽子,1H),8.27(br s,芳香族陽子,1H),8.19(d,芳香族陽子,J=8.5Hz,2H),7.66(d,芳香族陽子,J=8.3Hz,2H),7.34(m,芳香族陽子,2H),7.08(s,芳香族陽子,1H),7.03(s,芳香族陽子,1H),4.60(m,脂肪族陽子,4H),3.68(t,J=8Hz,脂肪族陽子,2H),3.40(t,J=8Hz,脂肪族陽子,2H),3.24(m,脂肪族陽子,4H)。燃焼分析:結果:C,63.55%,H,4.42%;N,11.95%。計算,1/2モルの重炭酸ナトリウム混入:C,63.43%;H,4.45%;N,12.13%。
【0136】
例4
2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル 3−[4−({3−[ビス(4−メトキシフェニル)フェニルメトキシ]プロピル}{4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}アミノ)ブタノイル]ピロロ[4,5−e]インドリン−7−カルボキシレート(24)(反応スキーム5)
エチル 4−[(3−ヒドロキシプロピル)フェニルアミノ]ブタノエート(19)
3−(フェニルアミノ)プロパン−1−オール(フアン・ヤンデ(Huang, Yande);アリフ・アッタ M.(Arif, Atta M.); ベントルード・ウェスレイ G.(Bentrude, Weseley G.); J. Org. Chem.; 58 (23) 1993; 6235-6246) (65.6g,0.43mol)、エチル4−ブロモブチレート(104.5g,0.54mol)と100mLのエチルジイソプロピルアミンとの混合物を、100℃で1時間攪拌する。反応物を室温まで冷却し、水400mLとエチルアセテート(500mL)との間で分ける。有機層を、飽和NaHCO3、塩水(brine)で洗浄し、Na2SO4上で乾燥させる。濃縮後に得られるオイルを、シリカ上でクロマトグラフィにかけ、10%EtOH/CHCl3によって溶出する。適当なフラクションの濃縮によって、無色、粘性オイルとして115g(100%)の所望の生成物が得られる。1H NMR(CDCl3)δ7.23(m,2H),6.72(m,3H),4.14(q,J=7Hz,2H),3.72(t,J=6Hz,2H),3.43(t,7Hz,2H),3.34(t,7Hz,2H),2.35(t,7Hz),1.88(m,4H),1.26(t,7Hz,3H)。
【0137】
エチル4−({4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}(3−ヒドロキシプロピル)アミノ)ブタノエート(20)
2−クロロ−4−ニトロアニリン2.5g(10mmol)を、125mLのフラスコに入れ、6mLの水を添加する。攪拌と超音波処理とによって、黄色のクロロニトロアミンの一部が溶解する。次に、この攪拌溶液を換気フード内で氷によって冷却し、15.8mLの濃縮(〜12M)HClを添加する。前記黄色物質の大半がこの時点で溶解する。前記フラスコに、滴下漏斗を取り付け、3−4mLの水中の1.51g(21.9mmol)の亜硝酸ナトリウムの溶液を前記滴下漏斗に添加し、約20分間に亘って攪拌しながら、フラスコ内の溶液にゆっくりと添加する。これが完了すると、0.6g(〜21mmol)の尿素、その後、8.2mL酢酸中の溶液としての2.73gのエチル 4−[(3−ヒドロキシプロピル)フェニルアミノ]ブタノエートを添加する。1分後、〜50mLの水中の酢酸ナトリウムを添加する。この混合物を室温で1時間攪拌させる。生成物の大半は、エマルジョンとして分離する。この混合物を、酢酸エチルと水との間に分ける。有機層をNaHCO3(3x50ml)、塩水(brine)で洗浄し、無水硫酸ナトリウム上で乾燥させる。次に、有機溶媒を、シロップ状態まで蒸発させる。粗生成物を、シリカゲル(1.5x20インチ)上でクロマトグラフィにかけ、50%酢酸エチル/ヘキサンで溶出する。適当なフラクションを収集し、組み合わせ、蒸発させ(30−40度)、そして真空乾燥させる。その生成物は暗色のオイルである。収率は約68−70%である。1H NMR(DMSO−d6)δ8.42(d,J=2.5Hz,芳香族陽子,1H),8.24(dd,J1=9Hz,J2=2.5Hz,芳香族陽子,1H),7.86(d,J=9Hz,2H),7.77(d,J=9Hz,1H),6.92(d,J=9Hz,芳香族陽子,2H),4.67(t,J=6Hz,OH,1H),4.07(q,J=7Hz,CH2O、2H),3.5(m,脂肪族陽子,6H),2.40(t,J=7Hz,脂肪族陽子,2H),1.84(m,脂肪族陽子,2H),1.72(m,脂肪族陽子,2H),1.18(t,J=7Hz,CH3,3H)。
【0138】
4−({4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル]ジアゼニル}フェニル}(3−ヒドロキシプロピル)アミノ)ブタン酸。
40mLのTHF中の20(4.48g,10mmol)の攪拌溶液に、40mLのエタノールを添加し、その後、20mLの水中のKOH(0.84g,15mmol)と20mLのエタノールの溶液を添加する。その混合物を一晩攪拌し、濃縮する。その残渣を、125mLの水中に懸濁させ、2.6mL(〜3eqv.)の酢酸で処理し、4℃まで冷却する。その結果得られる固体を濾過し、水で洗い、乾燥させる。収率は定量である。1H NMR(DMSO−d6)δ8.42(d,J=2.5Hz,芳香族陽子,1H),8.23(dd,J1=9Hz,J2=2.5Hz,芳香族陽子,1H),7.82(d,J=9Hz,2H),7.90(d,J=9Hz,1H),7.03(d,J=9Hz,芳香族陽子,1H),4.8(br s,OH,1H),3.5(m,脂肪族陽子,6H),1.86(t,J=6Hz,脂肪族陽子,2H),1.72(m,脂肪族陽子,4H)。
【0139】
4−({3−[ビス(4−メトキシフェニル)フェニルメトキシ]プロピル}{4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}アミノ)ブタン酸(21)
前の工程からの4.21g(10mmol)の酸を、250mLの丸底フラスコに入れる。乾燥ピリジン(50−100ml)を添加し、ロータリ・エバポレータで蒸発させる(30−40度)。このプロセスを1回〜2回繰返して、全ての水を除去する。前記フラスコの中身に乾燥ピリジン(80ml)を添加する。次に、4.07g(12mmol)の塩化ジメトキシトリチルを添加する。1時間攪拌後、ピリジンを蒸発させ、その結果得られるシロップを数ミリリットルの18:1:1塩化メチレン/メタノール/トリエチルアミン中で溶解させる。18:1:1塩化メチレン/メタノール/トリエチルアミンの溶出液でシリカゲルカラム(〜1.5”x20”)を準備し、生成物をカラムに通し、適切なフラクションを収集して合せる。溶媒が蒸発によって除去された後、その結果得られるアモルファス固体は、所望の生成物の他に、いくらかのトリエチルアンモニウム塩を含んでいる。不純度は、次の工程に干渉しないので、その生成物を追加の精製無しで使用する。
【0140】
2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル 4−({3−[ビス(4−メトキシフェニル)フェニルメトキシ]−プロピル}{4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}アミノ)ブタノエート(22)。
21(10mmol)を含むフラスコに、7mLのトリエチルアミンを添加し、その後、100mLの塩化メチレンを添加し、その後、2.05mLのペンタフルオロフェニルトリフルオロアセテート(PFP−TFA)を添加する。この溶液を半時間攪拌する。この時の最後に、反応は通常完了している(TLC: 2:1 ヘキサン/酢酸エチル)。溶媒をロータリ・エバポレータで除去し、シロップを得て、これをシリカ上でクロマトグラフィにかけて1:3 酢酸エチル/ヘキサンで溶出する。適当なフラクションを収集し、合せ、蒸発させ、真空乾燥させる。収率は41%である。1H NMR(DMSO−d6)δ8.43(d,J=2.5Hz,芳香族陽子,1H),8.24(dd,J1=9Hz,J2=2.5Hz,芳香族陽子、1H),7.83(d,J=9Hz,芳香族陽子、1H),7.78(d,J=9Hz,芳香族陽子,1H), 7.42−7.15(m,芳香族陽子,10H),7.07(m,芳香族陽子,2H),7.00−6.80(m,芳香族陽子,4H),3.72(s,2xCH3,6H),3.56(m,脂肪族陽子,2H),3.48(t,J=6.3Hz,脂肪族陽子,2H),3.08(t,J=5Hz,脂肪族陽子,2H),2.89(t,J=7HZ,脂肪族陽子,2H),1.95(m,脂肪族陽子,2H),1.86(m,脂肪族陽子,2H)。
【0141】
メチル 3−[4−({3−[ビス(4−メトキシフェニル)フェニルメトキシ]プロピル}{4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}アミノ)ブタノイル]ピロロ[4,5−e]インドリン−7−カルボキシレート(23)。
15mLの無水DMF中の22(3.0g,3.37mmol)の溶液に、トリエチルアミン(0.75mL)を添加し、その後、メチル ピロロ[4,5−e]インドリン−7−カルボキシレート(ボジャー(Boger), D. L., コールマン(Coleman), R. S. , インベルゴ(Invergo), B. J. (1987) J. Org. Chem. 52, 1521)(0.8g,3.7mmol)を添加する。その結果得られた溶液を室温で20時間保存する。その完了を確認するために、反応をHPLCによって分析する。DMFを、オイルポンプを備えたロータリ・エバポレータによって除去する。残渣である暗色シロップを、50%酢酸エチル/ヘキサン(〜25mL)中に懸濁させる。この混合物を超音波処理して結晶化を開始させる。結晶を15分間攪拌し、焼結ガラス漏斗上での濾過によって収集し、メタノール(2x30mL)で洗浄し、真空乾燥させる。所望生成物の収量は、深紫色の固体として2.7g(87%)である。1H NMR(DMSO−d6)δ11.93(d,J=1.7Hz,インドールNH,1H),8.43(d,J=2.5Hz,芳香族陽子,1H),8.3−8.2(m,芳香族陽子,2H),7.85−7.75(m,芳香族陽子,3H),7.45−7.18(m,芳香族陽子,10H),7.05(d,J=1.8Hz,芳香族陽子,1H),6.97(d,J=9Hz,芳香族陽子,2H),6.87(d,J=9Hz,芳香族陽子,4H),4.12(t,J=8Hz,脂肪族陽子,2H),3.87(s,エステルCH3,3H),3.71(s,CH3,6H),3.60(br t,脂肪族陽子,2H),3.45(br t,脂肪族陽子,2H),3.29(br t,脂肪族陽子,2H),3.08(t,J=5Hz,脂肪族陽子,2H),2.5(br t,DMSO信号によって不明瞭化,脂肪族陽子,2H),1.88(br m,脂肪族陽子,4H)。
【0142】
2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル 3−[4−({3−[ビス(4−メトキシフェニル)フェニルメトキシ]−プロピル}{4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}アミノ)ブタノイル]−ピロロ[4,5−e]インドリン−7−カルボキシレート(24)
【0143】
【化77】
【0144】
1.メチルエステルの加水分解
25mLのTHF中の23(2.67g,2.9mmol)の溶液に、メタノール(25mL)とH2O(10mL)中の5%LiOH一水化物とを添加する。その結果得られる懸濁液を50℃(浴温度)で90分間攪拌すると、その時までに、透明な溶液が得られる。TLC分析は出発物質を示さない。溶媒を真空下で除去し、生成物をCH2Cl2と冷10%クエン酸との間に分ける。有機相をトリエチルアミンによって中和し、Na2SO4上で乾燥させ、濃縮する。その結果得られる生成物(アモルファス固体)を、高真空下で少なくとも3時間乾燥させ、追加の精製無しで次の工程に使用する。
【0145】
2.PFPエステルの作成
前の工程で得た生成物を10mLの無水DMF中に溶解させる。トリエチルアミン(2mL)を添加し、その後、PFP−TFA(2mL,4.4mmol)を添加する。その反応物を30分間攪拌し、HPLCによって分析する。出発物質、遊離酸は観察されないはずである。DMFを蒸発させ、その残渣である深紫色のシロップを100mLのMeOH中に懸濁させる。30分間の攪拌後、暗色の析出物が形成され、これを焼結ガラス漏斗上での濾過によって収集し、メタノール(2x20mL)で洗浄し、真空乾燥させる(15−30時間)。この操作によって、紫色の固体として所望の生成物が2.7g(94%)得られる。1H NMR(DMSO−d6)δ12.45(d,J=1.8Hz,インドールNH,1H),8.43(d,J=2.5Hz,芳香族陽子,1H),8.38(d,J=9Hz,芳香族陽子,1H),8.24(dd,J1=9Hz,J2=2.5Hz,芳香族陽子,1H),7.85−7.75(m,芳香族陽子,3H),7.52−7.18(m,芳香族陽子,11H),6.97(d,J=9Hz,芳香族陽子,2H),6.88(d,J=9Hz,芳香族陽子,4H),4.16(t,J=8.5HZ,脂肪族陽子,2H),3.71(s,CH3,6H),3.61(br t,脂肪族陽子,2H),3.47(br t,脂肪族陽子,2H),3.32(br t,脂肪族陽子,2H),3.08(t,J=5Hz,脂肪族陽子,2H),2.5(br t,DMSO信号によって不明瞭化,脂肪族陽子,2H),1.88(br m,脂肪族陽子,4H)。
【0146】
例5
2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル 3−{[3−[4−({3−[ビス(4−メトキシフェニル)−フェニルメトキシ]プロピル}{4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}−アミノ)ブタノイル]ピロロ[4,5−e]インドリン−7−イル]カルボニル}ピロロ[4,5−e]インドリン−7−イル}カルボニル}ピロロ[4,5−e]インドリン−7−カルボキシレート(25a)、ここでR1=2−Clそしてt=v=3(反応スキーム6)
2−(4−ニトロフェニル)エチル 3−{[3−({3−[4−({3−[ビス(4−メトキシフェニル)フェニルメトキシ]プロピル}{4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}アミノ)ブタノイル]ピロロ[4,5−e]インドリン−7−イル}カルボニル)ピロロ[4,5−e]インドリン−7−イル]カルボニル}ピロロ[4,5−e]インドリン−7−カルボキシレート(25)。
100mLの丸底フラスコに、1.31g(1.22mmol)の24を量って入れる。これを25mLのジメチルホルムアミド中に溶解させる。次に0.81mLのトリエチルアミンを添加し、最後に0.623g(1.162mmol)の17を添加する。その反応混合物を、一晩放置し、次に、溶液を〜10mLに濃縮し、その結果得られた沈殿物を、焼結ガラス漏斗を使用して濾過する。その固体を、十分な量のメタノール(真空に晒す前に、フィルタ中のスラッジをメタノールと攪拌する)で数回洗浄し、エーテルで洗浄する。溶出液が透明で実質的に無色になったところで深紫色の沈殿物を真空乾燥して1.5g(90%)の所望生成物を得る。1H NMR(DMSO−d6)δ11.96(s,インドールNH,1H),11.76(s,インドールNH,1H),11.69(s,インドールNH,1H),8.43(d,J−2.4Hz,芳香族陽子,1H),8.35−8.20(m,芳香族陽子,4H),8.19(d,J=9Hz,芳香族陽子,2H),7.85−7.75(m,芳香族陽子,3H),7.66(d,J=9Hz,芳香族陽子,2H),7.45−7.18(m,芳香族陽子,12H),7.10(s,芳香族陽子,1H),7.01(s,芳香族陽子,1H),6.99(m,芳香族陽子,3H),6.88(d,J=9Hz,芳香族陽子,4H),4.61(m,脂肪族陽子 ,6H),4.14(t,J=8.5Hz,脂肪族陽子,2H),3.71(s,2xCH3O,6H),3.59(m,脂肪族陽子,2H),3.43(m,脂肪族陽子,6H),3.34(m,水信号によって不明瞭化,脂肪族陽子,2H),3.22(m,脂肪族陽子,2H),3.08(t,J=5Hz,脂肪族陽子,2H),2.5(t,DMSO信号によって不明瞭化,COCH2−,2H),1.89(br m,脂肪族陽子,4H)。分析:計算:C,68.27%;H,4.95%;N,10.81%。結果:C,68.08%;H,4.98%;N,10.63%。
【0147】
2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル 3−{[3−({3−[4−({3−[ビス(4−メトキシフェニル)−フェニルメトキシ]プロピル}{4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}アミノ)ブタノイル]ピロロ[4,5−e]インドリン−7−イル]カルボニル}ピロロ[4,5−e]インドリン−7−イル}カルボニル}ピロロ[4,5−e]インドリン−7−カルボキシレート(25a)。
【0148】
【化78】
【0149】
フラスコに、1.0g(0.73mmol)の前工程からの生成物と、40mLのTHFと、2.46gのDBUとを入れる。この混合物を50度で4時間攪拌し、熱から離し、15〜20mlに蒸発させる。前記生成物に約40mLのエタノールを添加し、この混合物を攪拌し超音波処理する。次に、沈殿物を、焼結ガラス漏斗で濾過し、40−60mLの追加のエタノールで洗浄し、その後、類似量のエチルエーテルで洗浄し、それぞれの洗浄時に、溶出液がすぐに透明になるように、真空に晒す前にフィルタ内の物質を攪拌する。その生成物を、次の工程に使用する前に、1〜2時間真空乾燥させる。その物質を、100mLのフラスコ中で20mLのDMF中に溶解させ、溶解するように攪拌する。次に、0.6mL(4.3mmol)のトリエチルアミンを添加し、その後、0.6mLのPFP−TFAを添加する。この反応混合物をアルゴン下で一晩攪拌し、次に、ガム状態まで蒸発させ、〜10mLのDMFを添加し、その後、〜80mLのメタノールを添加する。この混合物を渦流し、超音波処理し、次に、析出した生成物を濾過し、真空乾燥する。収率は85−90%である。1H NMR(DMSO−d6)δ12.01(s,インドールNH,1H),11.76(s,インドールNH,1H),11.69(s,インドールNH,1H),8.43(d,J−2.4Hz,芳香族陽子,1H),8.40(br s,芳香族陽子,1H),8.35−8.20(m,芳香族陽子,3H),7.85−7.75(m,芳香族陽子,3H),7.59(d,J=1.2Hz,芳香族陽子,1H),7.45−7.18(m,芳香族陽子,12H),7.13(s,芳香族陽子,1H),6.99(m,芳香族陽子,3H),6.88(d,J=9Hz,芳香族陽子,4H),4.66(m,脂肪族陽子,4H),4.14(t,J=8.5Hz,脂肪族陽子,2H),3.71(s,2xCH3O,6H),3.59(m,脂肪族陽子,2H),3.43(m,脂肪族陽子,6H),3.34(m,水信号によって不明瞭化,脂肪族陽子,2H),3.08(t,J=5Hz,脂肪族陽子,2H),2.5(t,DMSO信号によって不明瞭化,COCH2−,2H),1.89(br m,脂肪族陽子,4H)。分析:結果:C,63.58%;H,4.13%;N,9.53%。計算:2.3モルの水;C,63.97;H,4.21%;N,9.44%。
【0150】
例6
DMTrO−レッド13−アミド−CDPI3−CPG(29)
(反応スキーム7)
3−[(4−メトキシフェニル)ジフェニルアミノ]プロパン−1−オール(26)。
オーブン乾燥させた250mLの丸底フラスコ中で、攪拌によって、4g(53mmol)の3−アミノプロパノールを、50mLの塩化メチレン中に溶解させた。この溶液を栓止めし、放置した。7.7g(24.9mmol)の塩化モノメトキシトリチル(MMT−Cl, Aldrich試薬グレード)を、別の50mlの塩化メチレン中に溶解させた。オーブン乾燥させた滴下漏斗を前記フラスコに取り付け、前記MMT−Cl溶液を漏斗に添加した。次に、フラスコ中の前記溶液に、前記MMT−Cl溶液を、〜10分間に渡って添加した(いくらか熱が発生)。1時間後、反応をTLC(1:1v/v ヘキサン/酢酸エチル,Rf0.4)によって分析したところ、完了していることが判った。ニンヒドリンスプレー/熱によるTLCスポットの可視化によって、微小量(高速移動)のビス−MMT副産物を示した。前記反応混合物を分液漏斗中の200mLの塩化メチレン上に静置された200mLの水に添加した。この混合物を振とうし、層に分離した。水層は捨て、有機層を別の200mLの水で洗浄した。この有機層を10−20gの硫酸ナトリウム上で乾燥させ、蒸発させて薄黄色のシロップとしての〜7gのトリチル化アミンを得た。この化合物は、更なる精製を必要とせず、一晩乾燥された。数日間後、前記シロップは固化した。生成物を、エーテル−ヘキサンから再結晶化し、白色固体(mp=89.5−90.5EC)としての4.6g(53%収率)の26を得た。分析、計算C23H25NO2:C,79.51;H,7.25;N,4.03。結果:C,79.48;H.7.18;N,3.98。
【0151】
2−[({3−[4−メトキシフェニル]ジフェニルアミノ}プロピル}オキシカルボニル)メトキシ]−酢酸,トリエチルアンモニウム塩(27)。
2.72g(7.83mmol)のアルコール(26)を、1.3mL(9.4mmol)のトリエチルアミンと1.1g(9.5gmmol)のグリコール酸無水物(glycolic anhydride)とを含む20mLの塩化メチレン中に溶解させた。この混合物を、2時間攪拌した(均質になった)。TLCは、明白な反応(9:1/塩化メチレン:エタノール中のRf=0.35)を示した。溶媒を蒸発によって除去し、93%塩化メチレン、5%メタノール、及び2%トリメチルアミンで充填した1.5x18インチのシリカゲルカラムで、残渣をクロマトグラフィにかけた。生成物を含むフラクションを合せ、溶媒を蒸発によって除去した。乾燥DMFによる同時蒸発によって、少量の水及び残渣の揮発性溶媒の除去を確実にした。無色シロップ(27)の収量は、100%であると見做された。このシロップを、乾燥DMF中に溶解させて、23.4mL(〜0.33M溶液)の最終量を得た。
【0152】
N−MMTジグリコレートCPG(28)の合成
10gのLCAA−CPGを、100mLの丸底フラスコ中で、DMF(1.66mmol)中の27の0.33M溶液の5mLと合せた。2.5mLのジイソプロピルエチルアミン、0.11g(0.8mmol)のHOBT及び0.63g(1.66mmol)のHBTUの溶液を準備し、これを前記CPGに添加した。この混合物を栓止めし、オービタルシェーカ(150rpm)で16時間渦流した。前記CPGを、中度空孔率(medium porosity)焼結ガラス漏斗で濾過し、2x100mLのDMF,2x100mLのアセトニトリル、及び2x100mLのエーテルで洗浄した。微小量のエーテルを真空(オイルポンプ)除去した。40mLの乾燥ピリジン及び5mLの無水酢酸とでCPGを処理することによって、未反応アミノ基をアセチル化した。1.5時間の渦流後、CPGを濾過し、2x100mLのDMF,2x100mLのアセトニトリル、及び2x100mLのエーテルで洗浄した。微小量のエーテルを真空(オイルポンプ)除去した。前記CPGのMMTローディングを、3−5mgのCPGを25mLの1:1/70%過塩素酸:メタノール中で処理することによって分析した。放出されたMMT陽イオンの吸光度を472nmで記録し、ローディング・レベルは、下記の等式を使用して95.7:mol/gのCPGとして計算した。
MMTローディング(:mmol/g)
=A472x体積(mL)x14.3÷CPGのwt(mg)
【0153】
CPG29の合成
【0154】
【化79】
【0155】
4gのN−MMTジグリコレートCPG(28)を、中度空孔率焼結ガラス漏斗に計量した。CPGを、25mLの3%TCA/DCMで処理することによって脱トリチル化した。薬匙による短時間の攪拌後、混合物を、濾過の前に5分間反応させた(黄色になった)。このプロセスを、濾液が無色になるまで4回繰返した。前記CPGを、4x40mLの塩化メチレンで洗浄した。濾液を有機廃棄物として捨て、CPGを、40mLのアセトニトリル中の20%トリエチルアミンでの処理によって中和した。薬匙による短時間の攪拌後、混合物を濾過し、2x40mLのアセトニトリル、及び2x40mLのエーテルで洗浄した。微小量のエーテルを真空(オイルポンプ)除去した。前記脱トリチル化CPGをすぐに次の固定反応に使用した。
【0156】
0.259g(180:mol)の25aを、15mLのポリプロピレン試験管中で12mLの乾燥DMSOと共に振とうした。15分間後、その暗紫色の溶液を4gの脱トリチル化ジグリコーレートCPG(50mLの丸底フラスコ中)に添加した。これは、CPG一グラム当たり、45:molPFPエステルの提供比に対応する。追加の5mLのDMSOを前記ポリプロピレン試験管に追加して、残りのPFPエステルを溶解させ、この溶液を前記CPGに添加した。2mLのトリエチルアミンを前記混合物に添加し、この混合物を栓止めし、オービタルミキサで14時間渦流した。CPGを濾過し、2x50mLのDMSO,2x50mLのアセトニトリル、及び2x50mLのエーテルで洗浄した。微小量のエーテルを真空(オイルポンプ)除去した。未反応アミノ基を、CPGを10mLの乾燥ピリジン、及び3mLの無水酢酸とで処理することによってアセチル化した。6時間の渦流後、CPGを濾過し、2x50mLのDMF,2x50mLのアセトニトリル、及び2x50mLのエーテルで洗浄した。微小量のエーテルを真空(オイルポンプ)除去した。前記CPGのMMTローディングを、3−5mgのCPGを25mLの1:1 / 70%過塩素酸:メタノール中で処理することによって分析した。放出されたMMT陽イオンの吸光度を498nmで記録し、装填レベルは、下記の等式を使用して45:mol/gのCPGと計算された。
MMTローディング(:mmol/g)
=A498x体積(mL)x14.3÷CPG(mg)のwt
【0157】
例7
FL−ODN−レッド13−アミド−CDPI3(30)の合成
【0158】
【化80】
【0159】
MGB部分のヨウ素化を避ける為に、標準0.1I2酸化溶液が0.01−0.015に希釈された以外は、標準ホスホルアミダイト結合化学反応を使用してCPG29上でオリゴヌクレオチドを合成した。FAMとTETとを、Glen Research社から入手可能な対応のホスホルアミダイトを使用して5´末端に導入した。
【0160】
例8
4−{[N−(6−{[ビス(メチルエチル)アミノ](2−シアノエトキシ)ホスフィノオキシ}ヘキシル)カルバモイル]メチル}−2−オキソ−2H−クロメン−7−イル2,2−ジメチルプロパノエート(34a)。
N−(6−ヒドロキシヘキシル)−2−(7−ヒドロキシ−2−オキソ(2H−クロメン−4−イル))アセトアミド(32a)。
(7−ヒドロキシ−2−オキソ(2H−クロメン−4−イル)酢酸メチルエステル(1)をベーカー(Baker)等(J. Chem. Soc.; 1950;170,173)に従って合成した。
15mLのDMF中の31(2.0g,8.5mmol)と6−アミノヘキサノール(4.0g,34.1mmol)との溶液を、80℃で24時間加熱した。DMFを真空下で蒸発させ、生成物と過剰6−アミノヘキサノールとの混合物を粘性シロップとして得た。10% MeOH/CH2Cl2での溶出によるシリカ上のクロマトグラフィと精製生成物フラクションの蒸発とによって、白色固体を得て、これをエーテルで洗浄し、真空乾燥させた。収量は2.05g(75%)であった。
【0161】
4−{[N−(6−ヒドロキシヘキシル)カルバモイル]メチル}−2−オキソ−2H−クロメン−7−イル 2,2−ジメチルプロパノエート(33a)。
20mLの乾燥ピリミジン中の32a(2.0g,6.3mmol)の溶液に、4,4´−塩化ジメトキシトリフェニルメチル(3.0g,8.9mmol)を添加した。この溶液を、室温で1時間保存し、TLC分析したところ(酢酸エチル,Rf〜0.7)、完全な反応(第1ヒドロキシ基の保護)が示された。この溶液に、トリメチル無水酢酸(trimethylacetic anhydride)(2.0mL,9.9mmol)を添加し、その後、トリエチルアミン(5mL)と4−(ジメチルアミノ)ピリジン(0.3g)を添加した。この混合物を5時間攪拌し、TLC分析によって、フェノール基の完全な保護(Rf〜0.9,酢酸エチル)が示された。過剰の無水物をクエンチングするためにメタノールを添加した。真空下での蒸発とキシレンとの同時蒸発とによって、ピリジンを除去した。得られた生成物を、酢酸エチルと2%NaHCO3との間で分け、有機相を真空下で濃縮して粗DMT保護33aを得た。
【0162】
前記DMT基を除去するために、DMT誘導体をCH2Cl2中の100mLの10%MeOH中に溶解させ、0.5mLのトリフルオロ酢酸で処理した。1時間の攪拌後、反応混合物をトリエチルアミン(0.7mL)で中和し、濃縮した。その結果得られた粘性オイルを、酢酸エチルと水との間で分けた。有機層をNa2SO4上で乾燥させ、濃縮した。得られた固体をエーテル(50mL)中で懸濁させ30分間攪拌した。所望の生成物は、不溶性物質であり、これは濾過によって収集し、エーテルで洗浄し乾燥させた。表記生成物33の収量は1.6g(64%)であった。
【0163】
4−{[N−(6−{[ビス(メチルエチル)アミノ](2−シアノエトキシ)ホスフィノオキシ}ヘキシル)カルバモイル]メチル}−2−オキソ−2H−クロメン−7−イル 2,2−ジメチルプロパノエート(34)。
【0164】
【化81】
【0165】
10mLの無水CH2Cl2中の33a(0.6g,1.5mmol)の溶液に、トリエチルアミン(0.4mL)と、その後、2−シアノエチル ジイソプロピルクロロホスホルアミダイト(0.35mL,1.6mmol)を添加した。この溶液を室温で1時間保存し、0.1mLのMeOHによって処理した。溶媒を蒸発させ、残渣を、酢酸エチルと飽和NaHCO3との間で分けた。有機相を飽和NaClで洗浄し、Na2SO4上で乾燥させ、濃縮した。粗生成物を、シリカ上でクロマトグラフィにかけて、酢酸エチル中の5%トリエチルアミンで溶出した。精製生成物フラクションの濃縮と真空下での乾燥とによって、無色粘性オイルとして0.59g(65%)の34を得た。
【0166】
例9
8−(3−{[ビス(メチルエチル)アミノ](2−シアノエトキシ)ホスフィノオキシ}プロピル)−7−オキソフェノキサジン−3−イル 2,2−ジメチルプロパノエート(37a)。(反応スキーム9)
7−ヒドロキシ−2−(3−ヒドロキシプロピル)フェノキサジン−3−オン(35a)。
50mLのMeOH中の、4−ニトロソレコルシノール(4−nitrosorecorcinol)(4.5g,32.4mmol),4−(3−ヒドロキシプロピル)ベンゼン−1,3−ジオール(フォルチャシン(Forchiassin), M.; ロッソ(Russo), C., J. Heterocyc. Chem. 20, 1983, 493-494)(4.0g,23.8mmol)とMnO2(2.5g,17.6mmol)との懸濁液を、〜0℃(氷浴)まで冷却した。この懸濁液に、2.5mLの濃H2SO4を滴下添加し、この反応物を室温で5時間攪拌した。沈殿した赤色リザズリン化合物を濾過によって収集し、メタノールで洗浄し、乾燥させた。収量は5.5gであった。この生成物は均質ではなく、それには、レゾルフィン化合物とマンガン塩とが混入していた。
【0167】
前記粗リザズリン化合物を、200mLの水と50mLの濃NH4OHとの混合物中に懸濁させた。亜鉛末(zinc dust)(2.0g)を添加し、懸濁液を20分間攪拌した。得られた紫色混合物を濾過し、その濾液を、部分過剰還元の生成物であるロイコレゾルフィンを酸化させるために空気を含ませて激しく攪拌した。その反応物を酢酸によって酸性化し、形成された茶色の固体を濾過によって収集し、水によって洗浄し、乾燥させた。収量は2.1gであった。その物質は、前記第1工程から行われていた分子内環形成の生成物である、〜50%の2,3,4−トリヒドロ−2H−ピラノ[3,2−b]フェノキサジン−9−オンを含有していた。その物質の残りが前記所望表記化合物35であった。
【0168】
8−(3−ヒドロキシプロピル)−7−オキソフェノキサジン−3−イル 2,2−ジメトキシプロパノエート(36b)。
50mLのピリジン中の35a(2.0g)の懸濁液を、4,4´−塩化ジメトキシトリフェニルメチル(5.0g,14.8mmol)で処理し、5時間攪拌した。いくらかの不溶性物質を除去するために、その混合物を濾過し、濾液をトリメチル酢酸無水物(2mL)で処理した。その溶液を15時間攪拌し、過剰無水物をクエンチングするためにMeOH(2mL)を添加した。3時間の攪拌後、その反応混合物を真空下で濃縮した。残渣ピリジンを、トリエチルアミンとキシレンとの同時蒸発によって除去した。得られた粗生成物36aを、シリカ上でクロマトグラフィにかけ、50%酢酸エチル/ヘキサンでの溶出でした。
【0169】
DMT誘導体を100mLの10% MeOH/CH2Cl2中に溶解させ、0.5mLのトリフルオロ酢酸によって処理した。1時間後、トリエチルアミン(2mL)を添加し、その溶液を濃縮した。シリカ(酢酸エチル)上でのクロマトグラフィと乾燥とによって、オレンジ色の固体として所望の所望の生成物0.38gを得た。
【0170】
8−(3−{[ビス(メチルエチル)アミノ](2−シアノエトキシ)ホスフィノオキシ}プロピル)−7−オキソフェノキサジン−3−イル 2,2−ジメトキシプロパノエート(37a)。
【0171】
【化82】
【0172】
36b(0.38g,1.1mmol)を6mLの無水CH2Cl2中に溶解させた。トリエチルアミン(1.5mL)を添加し、次に、2−シアノエチル ジイソプロピルクロロホスホルアミダイト(0.29mL,1.3mmol)を添加した。その溶液を室温で30分間保存し、MeOH(0.1mL)を添加し、その反応物を真空濃縮した。得られた残渣を酢酸エチルとNaHCO3との間で分けた。有機相を飽和NaClで洗浄し、Na2SO4上で乾燥させ、濃縮して粗アミダイトを得た。これを2mLのエーテル中に溶解させ、〜50mLのヘキサンに滴下添加した。得られたオレンジ色の固体を濾過によって収集し、ヘキサンで洗浄し、乾燥させた。収量は0.4gであった。
【0173】
例10
3−{[(tert−ブチル)(メチルエチル)アミノ][2−(4−{3−ブチル−7−[(4−メチルフェニル)−カルボニル]−2,4,6,8−テトラオキソ−1−(フェニルカルボニル)(1,3,5,7,9,10−ヘキサヒドロ−ピリミジノ[5´,4´−5,6]ピリジノ[2,3−d]ピリミジン−10−イル)}フェニル)エトキシ]−ホスフィノオキシ]プロパンニトリル(PPT) 44(反応スキーム10)
3−n−ブチル−6−[4−(2−ヒドロキシエチル)アミノフェニル]ウラシル 40。
6−クロロ−3−n−ブチルウラシル(10.4g,51.3mmol),2−(4−アミノフェニル)エタノール(10.0g,72.9mmol)及びエチルジイソプロピルアミン(18ml,0.1mol)との混合物とを、150°オイル浴で1時間20分、アルゴン下で攪拌しながら加熱した。この混合物を室温まで冷却し、50mlの水で希釈し、10mlの酢酸で処理し、一晩結晶化のための攪拌した。沈殿した固体を濾過し、2%酢酸で洗浄し、フィルタ上で乾燥させ、100mlの高温96%エタノール中に溶解させた。この溶液に100mlの熱水を添加し、その後1.0gのチャコールを添加した。この混合物を高温濾過し、氷上で結晶化させた。黄色の固体を濾過によって収集し、真空乾燥させて10.7gの40を得た。mp207−208℃。1H NMR(DMSO−d6)δ0.88(t,3H,J=7.3Hz,CH3),1.25(m,2H,CH2),1.46(m,2H,CH2),2.70(t,2H,J=6.8Hz,CH2),3.60(dd,2H,J=11.8,6.8Hz,CH2),3.68(t,2H,J=7.3Hz,CH2),4.62(t,1H,J=5.3Hz,OH),4.73(d,1H,J=1.8Hz,5−H),7.10(d,2H,J=8.4Hz,ArH),7.23(d,2H,J=8.4Hz,ArH),7.10(s,1H,NH),10.37(S,1H,NH)。
【0174】
3−n−ブチル−10−[(2−ヒドロキシエチル)フェニル]ピリド[2,3−d;6,5−d´]ジピリミジン−2,4,6,8−(3H,7H,9H,10H)−テトロン 41。
80mLの乾燥DMF中の40(6.6g,20mmol)と5−フォルミル−2,4−6−トリクロロピリミジン(5.85g,27.7mmol)の溶液を、室温で8時間攪拌し、80mLの水でゆっくりと希釈した。その溶液は、2日間の冷蔵で固体を生成した。この生成物を濾過によって分離し、冷50%エタノール(50ml)と25%エタノール(50ml)とで洗浄し、真空乾燥させて、無色固体として8.16g(96%)の41を得た,mp205−215℃(分解(decomp))。1H NMR(DMSO−d6)δ0.88(t,3H,J=7.2Hz,CH3),1.27(m,2H,CH2),1.48(m,2H,CH2),2.81−2.90(m,2H,CH2),3.71−3.85(m,4H,CH2),4.50(br.s,5H,OH,NH,H2O),7.26(d,2H,J=8.4Hz,ArH),7.44(d,2H,J=8.4Hz,ArH),8.62(s,1H,5−H)。
【0175】
3−n−ブチル−5,10−ジヒドロ−10−[(2−ヒドロキシエチル)フェニル]ピリド[2,3−d;6,5−d´]ジピリミジン−2,4,6,8−(1H,3H,7H,9H,10H)−テトロン。42
300mlの25%NH3水溶液中の41(7.91g,18.7mmol)の懸濁液に、Na2S204(13.8g,85%,67mmol)を添加し、攪拌しながら60°までゆっくりと加熱した。この混合物を60°で40分間攪拌し、水(100ml)で希釈し、更に1時間同じ温度で攪拌した。透明な溶液が形成された。この溶液をその元の量の半分まで一部蒸発させ、氷で冷却し、50mlの酢酸でpH5まで中和させて、沈殿物を形成させた。混合物を完全な結晶化のため冷蔵庫で保存し、濾過し、冷水で洗浄した。その固体を真空乾燥させて白色固体として7.32g(92%)の42を得た。mp182−210℃(分解(decomp))。1H NMR(DMSO−d6)δ0.86(t,3H,J=7.3Hz,CH3),1.23(m、2H,CH2),1.42(m,2H,CH2),2.80(t,2H,J=6.6Hz,CH2),3.14(s,2H,5−CH2),3.68(m,4H,ArCH2CH2),4.64(t,1H,OH),7.25(d,2H,J=8.3Hz,ArH),7.33(d,2H,J=8.3Hz,ArH),7.73(br.s,3H,NH)。
【0176】
PPT 44
【0177】
【化83】
【0178】
固体42(1.2g,2.82mmol)を、ピリジン(10ml)と蒸発させ、ピリジン(13ml)中で懸濁させ、Me3SiCl(2.2ml,17.3mmol)で処理し、アルゴン下、室温で30分間攪拌した。その反応混合物を氷で冷却し、塩化トルオイル(5ml,28.8mmol)でゆっくりと処理した。攪拌を室温で2時間継続し、溶媒を蒸発させた。残渣を酢酸(10ml)で処理し、その後、水(10ml)を添加した。沈殿したオイルをヘキサン(3x50ml)で抽出し、ヘキサン中で不溶性の残渣を水と蒸発させた。残渣を96%エタノール(10ml)中に懸濁させ、濾過して0.3gの出発物質を回収した。母液を水で希釈して、オイルとしてビス−トルオイル誘導体を沈殿させた。このオイルを真空乾燥させて固体泡まつとして0.96g(52%)の43を得た。追加の精製無しでこの化合物を、以下の手順によってホスホルアミダイトに変換した。前記固体をアセトニトリルと蒸発させ、25mlのジクロロメタン中に溶解させ、ジイソプロピルアンモニウム テトラゾリド(0.54g,3.13mmol)で処理し、その後、2−シアノエチル テトライソプロピルホスホルアミダイト(0.88g,2.9mmol)で処理した。その反応混合物をアルゴン下で1時間攪拌し、メタノール(1ml)で処理し、EtOAc(100ml)に入れ、飽和NaCl溶液で洗浄し、Na2SO4上で乾燥させた。この溶液を蒸発させ、勾配システム0−50%B;CH2Cl2−ヘキサン−NEt3(15:30:1)(A);EtOAc(B);320nmで検出、を使用してシリカゲルカラム上でのHPLCによって精製した。主要フラクションを蒸発させて、無色泡まつとして、0.79g(33%)のAGlホスホルアミダイト44を得た。
1H NMR(CDCl3)δ0.92(t,3H,J=7.3Hz,CH3),1.07−1.42(m,14H,4xCH3(i−Pr),CH2(Bu)),1.50−1.65(m,2H,CH2(Bu)),2.35−2.60(m,2H,CH2CN),2.40(s,3H,CH3Ar),2.46(s,3H,CH3Ar),2.95−3.13(m,4H,2xCH(i−Pr),CH2(Bu)),3.45−3.60(m,2H,OCH2),3.80−4.02(m,4H,ArCH2CH2),3.82(s,2H,5−CH2),7.15−7.35(m,8H,ArH(Tol)),7.45(s,1H,NH),7.73(br.s,3H,NH),7.95(d,2H,J=8.0Hz,ArH),8.05(d,2H,J=8.0Hz,ArH)。31P NMR(CDCl3)δ(ppm,H3PO4)143.2(s)。
【0179】
例11
N−{3[4−[(1Z)−1−アザ−2−(ジメチルアミノ)プロプ−1−エニル]−1−(5−{[ビス(4−メトキシフェニル)フェニルメトキシ]メチル}−4−{[ビス(メチルエチル)アミノ](2−シアノエチル)ホスフィノオキシ}オキソラン−2−イル)ピラゾロ[5,4−d]ピリミジン−3−イル)プロピル)[2−({4−[(2−クロロ−4−ニトロフェニル)ジアゼニル]フェニル}エチルアミノ)−エトキシ]カルボキシアミド(50)(反応スキーム11)
4−アミノ−1−(2−デオキシ−β−D−エリスロ−ペントフラノシル)−3−(3−トリフルオロアセチミド−プロピン−1−イル)ピラゾロ[3,4−d]ピリミジン(46;n=1)。
10mlの無水DMF中の45(1.96g,5.20mmol)と、CuI(103mg,0.54mmol)とテトラキス[トリフェニルホスフィン]パラジウム[0](317mg,0.276mmol)の混合物に、無水トリエチルアミン(1.1ml)を添加し、その後、プロパルギル トリフルオロアセチイミド(1.50g,9.88mmol)を添加した。この反応混合物をアルゴン下で4時間攪拌した。溶媒DMFを蒸発によって除去し、残渣オイルを、シリカゲルクロマトグラフィによって、酢酸エチル中の7%メタノールで溶出して精製した。生成物フラクションをプールし蒸発させて、泡沫:2.16g(99%)収量を得た。
【0180】
4−アミノ−1−(2−デオキシ−β−D−エリスロ−ペントフラノシル)−3−(3−アミノプロピル)ピラゾロ[3,4−d]ピリミジン(47;n=1)。
カーボン(ギ酸によって事前に活性化)上の0.300mgの5%パラジウムを含有する、50mlのエタノール中の46(2.10g,5.25mmol)の溶液に、1.0mlの4M トリエチルアンモニウム フォルメート緩衝液(pH6.5)を添加した。この混合物を40psiの水素ガス下で18時間振とうした。この混合物をセライト(Celite)で濾過し、その濾液を蒸発させて、固体を得た。1.8g(85%)収量。
【0181】
前記固体を、15mlの濃縮水酸化アンモニウム中(封止フラスコ)で12時間攪拌し、次に乾燥状態まで蒸発させた。前記固体(47)を、乾燥アセトニトリルから蒸発させ、真空保存した:1.74g収量。
【0182】
48(n=1,q=2,R5=CH3CH2−,R5,R5=H,R1=2−Cl,R5=4−NO2)の合成
47(0.90g,2.92mmol)と7(1.59g,2.92mmol)との溶液を、1.0mlのトリエチルアミンを含有する5.0mlの無水ジメチルホルムアミド中に、50℃で1.0時間攪拌した。この溶液を、乾燥状態まで蒸発させ、その残渣を、シリカゲルクロマトグラフィによって、酢酸エチル中の0−20%メタノール・グラジエントで溶出して精製した。生成物フラクションを、蒸発させて、アモルファス固体:0.74g(37%)収量を得た。
【0183】
49(n=1,q=2,R5=CH3CH2−,R5,R5=H,R1=2−Cl,R5=4−NO2)の合成
5.0mlのジメチルアセタミド中の48(0.71g,1.03mmol)とN,N−ジメチルアセタミド ジメチルアセタール(1.9ml)の溶液に、2.0mlのトリエチルアミンを添加した。この溶液を18時間攪拌し、次に、乾燥状態まで蒸発させてオイルを得た:0.75g(100%)収量。
【0184】
50(n=1,q=2,R5=CH3CH2−,R5,R5=H,R1=2−Cl,R5=4−NO2)の合成
【0185】
【化84】
【0186】
塩化ジメトキシトリチル(0.42g)を、10mlの乾燥ピリジン中の49(0.75g,1.03mmol)の溶液に添加した。この溶液をアルゴン下で4.0時間攪拌して、次に、200mlの5%重炭酸ナトリウム溶液に注入した。その生成物を、300mlの酢酸エチルで抽出した。この抽出物を硫酸ナトリウム上で乾燥させ、蒸発させた。残渣を、シリカゲルクロマトグラフィによって、酢酸エチル(1%トリエチルアミン)中の10%メタノールで溶出して精製した。生成物フラクションを、蒸発させて、泡沫:556g(57%)収量を得た。
【0187】
0.30mlのジイソプロピルエチルアミンを含有した、15mlの無水塩化メチレン中の5´−ジメトキシトリチル誘導体(540mg,0.567mmol)の溶液に、2−シアノエチルN,N−ジイソプロピルクロロホスホルアミダイト(0.25ml)を添加した。アルゴン下で25℃での30分間の攪拌後、前記溶液を、1.0mlのメタノールで処理し、200mlの酢酸エチルで希釈した。この溶液を、200mlの5%重炭酸ナトリウム溶液で洗浄し、硫酸ナトリウム上で乾燥させ、蒸発させた。粗生成物を、シリカゲルクロマトグラフィによって、酢酸エチル(2%トリエチルアミン)中の5%メタノールで溶出して精製した。生成物フラクションを、蒸発させて、泡沫:453−mg(76%)収量を得た。
【0188】
例12
蛍光発光オリゴデオキシヌクレオチドプローブの合成
3´−DPI3プローブを、前に記載した(ルクタノフ(Lukhtanov)等, Biorg. Chem., 7:564-567(1996))方法を使用して、DPI3−修飾ガラス支持体から自動DNA合成によって作成した。オリゴヌクレオチド合成を、CDPI3部分のヨウ素化を避けるために酸化工程において0.015M(標準の0.1Mの代りに)のヨウ素溶液を利用した以外は、製造業者によって供給されたプロトコルに従って、ABI394合成機で行った。PCR中の伸長を防止するために、3´−CDPI3無しのプローブを、前述したように(ギャンパー(Gamper)等, Biochem. 36:14816-14826(1997))、3´−ヒドロキシヘキシル ホスフェートを用いて作成した。前記クエンチャホスホルアミダイトを、CPGに添加し、標準β−シアノエチルホスホルアミダイトと試薬(Glen Research, Sterling, VA)をオリゴヌクレオチド合成に使用した。6−カルボキシフルオレセイン(6−FAM)ホスホルアミダイト(Glen Research)を使用して、5´−レポータ染料を導入した。或いは、TAMRA−dU ホスホルアミダイト(Glen Research),cy3又はcy5 ホスホルアミダイト(Glen Research),レゾルフィン ホスホルアミダイト、クマリン ホスホルアミダイト、又はAG ホスホルアミダイトを使用して、5´−フルオロフォアを導入した。5´−ヘキシルアミン ホスホルアミダイト (Glen Research)を、3´−クエンチャ染料テトラメチルローダミン(TAMRA)の合成後接合のために、いくつかのODNに導入した。脱保護後、すべてのオリゴヌクレオチドを、逆相HPLC精製し、ブタノール濃縮/過塩素酸ナトリウム沈殿(ミレシ(Milesi)等, Methods Enzym. 313: 164-173(1999))によってナトリウム塩として分離した。
【0189】
例13
TAMRAとのODN合成後の接合
TAMRA NHSエステル(Glen Research)を、製造業者によって提供されたプロトコルに従って、或る種のODN中のヘキシルアミン リンカをアシル化するために使用した。その結果得られた二つの接合された染料を備えたCDPI3−プローブを、8%ポリアクリルアミドを使用した変性ゲル電気泳動によって精製した。所望のバンドを切除し、ゲルスライスを、10mLの100mMトリス−HCl,10mM塩化トリエチルアンモニウム、1mM EDTA(pH7.8)中で、37℃で、一晩、インキュベートした。生成物を逆相HPLC,ブタノール濃縮、及び過塩素酸ナトリウム沈殿によって、前記抽出物から分離した。ペレットを水中で溶解させ、その濃度を、分光測光法によって測定した。最も近いモデル(カンター(Cantor)等, Biopolymers 9:1059-1077(1970)を使用して、ONDの消光係数(ε260)を計算した。前記接合体及びプローブについて、消光係数は、ODN及び取り込まれた残基であるDPI3(68,000M-1,cm-1),6−FAM(22,800M-1,cm-1),TAMRA(34,000M-1,cm-1)及びクエンチャ(11,300M-1,cm-1)のε260の合計として計算された。
【0190】
例14
ヘビ毒液ホスホジエステラーゼによるオリゴヌクレオチドの消化
種々のクエンチャの蛍光消光能力を調べるために、オリゴヌクレオチドを、ヘビ毒液ホスホジエステラーゼ(PDE)によって消化した。200nMのオリゴヌクレオチドを、40mMのNaCl,20mMのトリス(pH8.9),5mMのMgCl2及び0.025%のBSAを含む緩衝液に入れた。ホスホジエステラーゼ(Pharmacia,Piscataway, NJ)54単位の酵素を反応混合物に添加して37℃で16時間インキュベートする前に、初期蛍光発光を、LS50B螢光計(Perkin-Elmer Corporation, Foster City CA)で読み取った。次に、最終蛍光発光を、前記LS50Bを使用して測定した。初期蛍光発光に対する最終蛍光発光の比率が、クエンチャの信号対ノイズ(S/N)比を表わす。それとは別に、オリゴヌクレオチドの完全な消化に必要な時間を測定するために、消化反応の反応速度(キネティクス)を前記LB50Bを使用してモニタした。
【0191】
例15
5´ヌクレアーゼPCRアッセイ
CDPI3−結合オリゴヌクレオチドは、5´末端にフルオロフォアであるFAMを結合させ、上述した方法によって3´末端にリンカを介して種々のクエンチャを結合させた。調査中の種々のクエンチャの消光能力を調べるために、上記オリゴヌクレオチドで5´ヌクレアーゼアッセイを行った。蛍光発光モニタを、Idaho Technologies LC-24Light Cyclerによって行った。各反応物は、PCR緩衝液(40mM NaCl,20mM トリス HCl,pH8.9,5mM MgSO4,0.05%ウシ血清アルブミン),125mMの各dNTP,0.5mMの各プライマ、0.1mM蛍光発光CDPI3プローブ、0.5U/10mLのTaqポリメラーゼ及びテンプレートとしての0.1ng/10mLの合成DNAを含んでいた。サイクリング プログラムは、95ECで2秒間、次に、伸長温度(55−70E)で30秒間を、50サイクル(又は前述)であった。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、リアルタイム5´−ヌクレアーゼPCRアッセイの略図である
【図2】図2は、ダブシル−及びレッド13染料修飾DNAプローブのUVスペクトルを示すグラフである
【図3】図3は、「リアルタイム」PCRアッセイにおける蛍光発光MGBプローブの性能を示すグラフである
【図4】図4は、DNAプローブを含有する、バイオレット、FAM及びレゾルフィン染料の蛍光発光スペクトルを示すグラフである
Claims (32)
- 式FL−ODN−Qを有するオリゴヌクレオチド接合体。
〔ここで、ODNは、オリゴヌクレオチド又は核酸、
FLは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記ODNに共有結合付着されたフルオロフォア部分、そして
Qは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記ODNに共有結合付着されたクエンチャ部分であり、当該クエンチャ部分は下記の構造を有する、
- R 5 はエチルである請求項1に記載のオリゴヌクレオチド接合体。
- 更に、a又はbによって示される原子価結合の一つを介して前記クエンチャ−リンカ接合体に付着する小溝バインダ部分を有する請求項3に記載のオリゴヌクレオチド接合体。
- PA−1として示された式を有する請求項7に記載のホスホルアミダイト試薬。
- PA−2として示された式を有する請求項7に記載のホスホルアミダイト試薬。
- PA−3として示された式を有する請求項7に記載のホスホルアミダイト試薬。
- R 5 はエチルである請求項7に記載のホスホルアミダイト試薬。
- R 5 はエチルである請求項13に記載の共有結合した固体支持体とクエンチャとの接合体。
- 式FL−ODN−Q−MGBを有するオリゴヌクレオチド接合体。
〔ここで、ODNはオリゴヌクレオチド又は核酸、
FLは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記ODNに共有結合付着されたフルオロフォア、そして、
Qは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記ODNに共有結合付着されたクエンチャ部分であり、当該クエンチャ部分は下記の構造を有する、
MGBは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して、前記ODN部分又は前記クエンチャ部分に共有結合付着された小溝バインダ部分である。〕 - 以下の構造を有するオリゴヌクレオチド合成用の共有結合した小溝バインダ・クエンチャ試薬。
X2は−H又はジメトキシトリチル、メトキシトリチル、トリチル又は酸不安定ブロック基、そして
X3は、ペンタフルオロフェニルオキシ、又はNH−LINKER−CPG又はO−LINKER−CPGであり、ここで、CPGはポリマ固体支持体であり、リンカは0〜30原子の長さを有し前記三環性部分を前記CPGに結合する結合部分である。〕 - X3は、ペンタフルオロフェニルオキシである請求項17に記載の共有結合した小溝バインダ・クエンチャ試薬。
- X3は、NH−LINKER−CPG又はO−LINKER−CPGである請求項17に記載の共有結合した小溝バインダ・クエンチャ試薬。
- v=t=3である請求項17の共有結合した小溝バインダ・クエンチャ試薬。
- 下記の式のオリゴヌクレオチド接合体。
FLは、300〜800nmの帯域の発光波長を有するフルオロフォア部分、
Kは、C、O、N、S、P及びHから成るグループから選択される1〜30原子を含むリンカ、
[A−B]nは、ODN、DNA、RNA又はPNA或いはそれらの組み合わせを示し、ここで、Aは、糖とリン酸とが独立的に修飾され得る糖リン酸骨格鎖、Bは、複素環塩基、ここで、Bは、独立的に、プリン、ピリミジン、ピラゾロ[3、4−d]ピリミジン、7−置換ピラゾロ[3、4−d]ピリミジン−、7−デアザプリン、7−置換 7−デアザプリン、及び修飾プリン−及びピリミジン−塩基であり、DNA、RNA、PNA又はODNは、これらの塩基のすべての組み合わせを含むことができる、そして、nは、前記DNA、RNA、PNA又はODNのヌクレオチド単位の数、Wは、C、O、N、S、P及びHから成るグループから選択される0〜30原子の長さのリンカ、そして、mは、1〜20の値を有する整数である。〕 - 前記フルオロフォア部分は300〜800nmの発光波長を有する請求項21に記載のオリゴヌクレオチド接合体。
- R 5 はエチル、nは1、そしてqは2である請求項23に記載のホスホルアミダイト試薬。
- 以下の工程を有する核酸をハイブリダイズする方法。
(a)第1核酸と第2核酸を提供する
(b)前記両核酸をハイブリダイゼーション条件下でインキュベートする
(c)ハイブリダイズした核酸を同定する、ここで、前記核酸の少なくとも一つは、FL−核酸−Q接合体を有し、ここでFLは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記核酸に共有結合付着されたフルオロフォア部分、そして、Qは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記核酸に共有結合付着されたクエンチャ部分であり、当該クエンチャ部分は下記の構造を有する
- 前記クエンチャ部分の式Qにおいて、R 5 はエチルである請求項25に記載の方法。
- 下記の工程を有する単一のヌクレオチドが異なるポリヌクレオチド間を識別する方法。
(a)標的配列を有するポリヌクレオチドを提供する
(b)少なくとも二つのFL−ODN−Q接合体を提供する、ここで、ODNはオリゴヌクレオチド部分を示す、前記少なくとも二つのFL−ODN−Q接合体の一方は、前記標的配列に対して完全に相補的な配列を有し、前記少なくとも二つのFL−ODN−Q接合体の他方は、前記標的配列に対して単一のヌクレオチドミスマッチを有する
(c)ハイブリダイゼーション条件下で、前記FL−OND−Q接合体のそれぞれを、別々に、前記ポリヌクレオチドとインキュベートする
(d)前記FL−ODN−Qのそれぞれと前記ポリヌクレオチドとの間のハイブリダイゼーション強度を測定する、ここでFLは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記核酸に共有結合付着されたフルオロフォア部分であり、そしてQは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記核酸に共有結合付着されたクエンチャ部分であり、当該クエンチャ部分は下記の構造を有する
- 前記クエンチャ部分の式Qにおいて、R 5 はエチルである請求項27に記載の方法。
- 以下の工程を有する核酸をハイブリダイズする方法。
(a)第1核酸と第2核酸を提供する
(b)前記両核酸をハイブリダイゼーション条件下でインキュベートする
(c)ハイブリダイズした核酸を同定する、ここで、前記核酸の少なくとも一つは、FL−核酸−Q−MGB接合体を有する
〔ここで、FLは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記核酸に共有結合付着されたフルオロフォアであり、MGBは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記ODN部分又はクエンチャ部分に共有結合付着された小溝バインダ部分であり、そして、Qは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記核酸に共有結合付着されたクエンチャ部分であり、当該クエンチャ部分は下記の構造を有する、
- 核酸をハイブリダイズする方法であって、以下の工程を有する、
(a)第1核酸と第2核酸を提供する、
(b)前記両核酸をハイブリダイゼーション条件下でインキュベートする、そして
(c)ハイブリダイズした核酸を同定する、
ここで、前記核酸の少なくとも一つは、FL−核酸−Q−MGB接合体を有する
〔ここで、MGBは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記ODN部分又は前記クエンチャ部分に共有結合付着された小溝バインダ部分、Qは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記核酸に共有結合付着されたクエンチャ部分であり、当該クエンチャ部分は下記の構造を有する、
そしてFLは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記核酸に共有結合付着されたフルオロフォアであり、当該フルオロフォア部分は300〜800nmの発光波長を有する。〕 - 以下の工程を有する核酸をハイブリダイズする方法。
(a)第1核酸と第2核酸を提供する
(b)前記両核酸をハイブリダイゼーション条件下でインキュベートする
(c)ハイブリダイズした核酸を同定する、ここで、前記核酸の少なくとも一つは、FL−ODN−Q−MGB接合体を有する
〔ここで、ODNは核酸又は修飾核酸であり、MGBは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記ODN部分又はクエンチャ部分に共有結合付着された小溝バインダ部分、Qは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記ODNに共有結合付着されたクエンチャ部分、当該クエンチャ部分は下記の構造を有する、
そして、FLは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記核酸に共有結合付着されたフルオロフォアであり、当該フルオロフォア部分は300〜800nmの発光波長を有する。〕 - 以下の工程を有する核酸をハイブリダイズする方法。
(a)第1核酸と第2核酸を提供する
(b)前記両核酸をハイブリダイゼーション条件下でインキュベートする
(c)ハイブリダイズした核酸を同定する、ここで、前記核酸の少なくとも一つは、FL−ODN−Q接合体を有する
〔ここで、ODNは核酸又は修飾核酸であり、Qは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記ODNに共有結合付着されたクエンチャ部分、当該クエンチャ部分は下記の構造を有する、
そして、FLは、0〜30原子の長さを有するリンカを介して前記核酸に共有結合付着されたフルオロフォア部分であり、当該フルオロフォア部分は300〜800nmの発光波長を有する。〕
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