JP5636080B2 - pH感受性蛍光プローブ - Google Patents
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- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
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Description
(a)上記の一般式(I)で表される化合物、その塩、又はそのエステルを細胞内に導入する工程、及び
(b)上記の一般式(I)で表される化合物又はその塩が細胞内で発する蛍光を測定する工程
を含む方法も本発明により提供される。この方法により、例えば、細胞内の酸性オルガネラの存在する酸性領域を測定することができる。
さらに、本発明により、上記一般式(I)で表される化合物により標識された生体関連物質が提供される。
(1)メチル 2,4-ジメチル-3-ピロールプロピオネート(1)
メチル 5-(ベンゾイルオキシ-カルボニル)-2,4-ジメチル-3-ピロールプロピオネート(1.55 g, 4.91 mmol) を10% パラジウム/炭素を含むアセトン 150 mLに溶解し、水素雰囲気下、室温で12時間撹拌した。反応溶液を濾過し、溶媒を減圧溜去した後、直ちにトリフルオロ酢酸 (TFA) 10 mLに溶解し、アルゴン雰囲気下、室温で10分撹拌した。反応溶液にジクロルメタン 30 mLを加えた後、水、1 mol/L炭酸水素ナトリウム水溶液で順次洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して淡い褐色の油状物質1 (0.835 g, 94%) を得た。
1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 2.02 (s, 3H, NHCHCCH3), 2.16 (s, 3H, NHCCH3), 2.42-2.48 (m, 2H, COCH2), 2.69-2.74 (m, 2H, COCH2CH2), 3.66 (s, 3H, OCH3), 6.36 (s, 1H, NHCH), 7.64 (br s, 1H, NH).
13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 10.2, 11.1, 19.9, 35.3, 51.4, 113.0, 116.5, 117.7, 124.1, 173.9.
LRMS (ESI+) m/z 182 [M+H]+.
化合物1 (0.542 g, 2.99 mmol)、4-アミノベンズアルデヒド (0.153 g, 1.49 mmol) を触媒量のTFAを含むジクロルメタン 300 mLに溶解し、アルゴン雰囲気下、室温で一晩撹拌した。テトラクロロ-1,4-ベンゾキノン (p-chloranil) (0.361 g, 1.47 mmol) を加え、さらに10分撹拌を続けた。反応溶液を水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して得られた残渣を、トリエチルアミン (TEA) を1% 含むジクロルメタン/メタノール (9:1) を溶出溶媒とし、アルミナカラムクロマトグラフィーで繰り返し精製し、赤緑がかった固体を得た。得られた固体を、N,N-ジイソプロピルエチルアミン(DIEA) 3 mLを含むトルエン100 mLに溶解し、室温で撹拌しながらトリフルオロボランエーテラート(BF3・OEt2 )3 mLをゆっくり滴下した後、10分撹拌した。反応溶液を水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して得られた残渣を、ジクロルメタン/メタノール (95:5)を溶出溶媒とし、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、赤色の固体2a (40.1 mg, 5.2%) を得た。
1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 1.41 (s, 6H, NCCCH3), 2.33-2.28 (m, 4H, COCH2), 2.53 (s, 6H, NCCH3), 2.61-2.67 (m, 4H, COCH2CH2), 3.65 (s, 6H, OCH3), 3.93 (br s, 2H, NH2), 6.76-6.78 (m, 2H, NH2CCHCH), 6.96-6.99 (m, 2H, NH2CCH).
13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 12.0, 12.4, 19.2, 34.2, 51.5, 115.3, 124.7, 128.7, 128.9, 131.4, 139.5, 141.8, 147.1, 153.4, 173.0.
HRMS (ESI+) Calcd for [M+Na]+ m/z 534.23516, Found 534.23846 (Δ 3.30 mmu).
化合物2a (40.1 mg, 78.4 μmol) をジクロルメタン 1 mLに溶解し、メタノール 20 mL、1 mol/L 水酸化ナトリウム水溶液5 mLを順次加え、室温で一晩撹拌した。反応溶液に水30 mLを加えてジクロルメタンで洗浄した後、UV (365 nm) 照射下で溶液が緑色の蛍光を発するようになるまで1 mol/L 塩酸 (約5 mL) を加え、溶液を酸性にした。ジクロルメタンで抽出した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して得られた残渣をセミプレパラティブ HPLCを用いて以下の条件で2度精製した;A/B = 50/50 (0 min) to 0/100 (20 min), then A/B = 70/30 (0 min) to 0/100 (30 min) (solvent A: H2O, 0.1% TFA; solvent B: アセトニトリル/H2O = 80/20, 0.1% TFA)。目的の化合物が含まれるフラクションの水系溶液をジクロルメタンで抽出した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して橙色の固体3a (32.0 mg, 84%) を得た。
1H NMR (300 MHz, CD3OD) δ 1.37 (s, 6H, NCCCH3), 2.24 (t, 4H, J = 7.4, 8.0 Hz, COCH2), 2.38 (s, 6H, NCCH3), 2.54 (t, 4H, J = 7.4, 8.0 Hz, COCH2CH2), 6.73-6.75 (m, 2H, NCCHCH), 6.83-6.86 (m, 2H, NCCH).
13C NMR (75 MHz, CD3OD) δ 12.5, 12.7, 20.3, 35.3, 116.6, 125.2, 130.1, 130.4, 132.7, 140.8, 144.0, 150.2, 154.6, 176.5.
HRMS (ESI+) Calcd for [M+Na]+ m/z 506.20386, Found 506.20729 (Δ 3.43 mmu).
化合物1 (0.574 g, 3.17 mmol)、4-(N,N-ジメチルアミノ)ベンズアルデヒド (0.236 g, 1.58 mmol) を触媒量のTFAを含むジクロルメタン 300 mLに溶解し、アルゴン雰囲気下、室温で一日撹拌した。p-Chloranil (0.384 g, 1.56 mmol) を加え、さらに10分撹拌を続けた。反応溶液を水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して得られた残渣を、TEAを1% 含むジクロルメタン/メタノール(9:1)を溶出溶媒とし、アルミナカラムクロマトグラフィーで繰り返し精製し、緑がかった固体を得た。得られた固体を、DIEA 5 mLを含むトルエン 100 mLに溶解し、室温で撹拌しながらBF3・OEt2 5 mLをゆっくり滴下した後、10分撹拌した。反応溶液を水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して得られた残渣を、ジクロルメタン/メタノール (#1 97:3; #2 99:1; #3 100:0) を溶出溶媒とし、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで3度精製し、茶色の固体3a (228 mg, 27%) を得た。
1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 1.40 (s, 6H, NCCCH3), 2.33-2.38 (m, 4H, COCH2), 2.53 (s, 6H, NCCH3), 2.61-2.67 (m, 4H, COCH2CH2), 3.02 (s, 6H, NCH3), 3.65 (s, 6H, OCH3), 6.75-6.80 (m, 2H, NCCHCH), 7.01-7.06 (m, 2H, NCCH).
13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 12.1, 12.5, 19.4, 34.3, 40.3, 51.6, 112.4, 122.5, 128.7, 128.8, 131.6, 139.6, 142.4, 150.7, 153.3, 173.1.
HRMS (ESI+) Calcd for [M+Na]+ m/z 562.26646, Found 562.26315 (Δ -3.32 mmu).
化合物2b (50.8 mg, 94.2 μmol) をジクロルメタン 1 mLに溶解し、メタノール 20 mL、1 mol/L 水酸化ナトリウム水溶液5 mLを順次加え、室温で2時間撹拌した。反応溶液に水30 mLを加えてジクロルメタンで洗浄した後、UV (365 nm) 照射下で溶液が緑色の蛍光を発するようになるまで1 mol/L 塩酸 (約5 mL) を加え、溶液を酸性化した。ジクロルメタンで抽出した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して得られた残渣をセミプレパラティブ HPLCを用いて以下の条件で精製した;A/B = 60/40 (0 min) to 0/100 (30 min) (solvent A: H2O, 0.1% TFA; solvent B: acetonitrile/H2O = 80/20, 0.1% TFA)。目的の化合物が含まれるフラクションの水系溶液をジクロルメタンで抽出した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して赤色の固体3b (40.3 mg, 84%) を得た。
1H NMR (300 MHz, CD3OD + DMF-d7) δ 1.34 (s, 6H, NCCCH3), 2.21-2.26 (m, 4H, COCH2), 2.39 (s, 6H, NCCH3), 2.51-2.56 (m, 4H, COCH2CH2), 2.91 (s, 6H, NCH3), 6.77-6.80 (m, 2H, NCCHCH), 6.94-6.97 (m, 2H, NCCH).
13C NMR (75 MHz, CD3OD + DMF-d7) δ 12.6, 12.8, 20.3, 35.3, 40.5, 113.6, 123.5, 130.1, 130.6, 132.7, 140.8, 143.9, 152.5, 154.6, 175.9.
HRMS (ESI-) Calcd for [M-H]- m/z 510.23757, Found 510.23776 (Δ 0.19 mmu).
化合物3b (11.1 mg, 21.7 μmol) をN,N-ジメチルホルムアミド (DMF) 2 mLに溶解した。氷冷下、100 mmol/L N-ヒドロキシスクシンイミド (NHS) DMF溶液、100 mmol/L ウォーターソルブル・カルボジイミド (WSCD) DMF溶液 (それぞれ32.6 μmol) を順次加えていき、徐々に室温に戻していきながら24時間撹拌した。溶媒を減圧溜去し、セミプレパラティブ HPLCを用いて以下の条件で精製した;A/B = 50/50 (0 min) to 0/100 (20 min) (solvent A: H2O, 0.1% TFA; solvent B: acetonitrile/H2O = 80/20, 0.1% TFA)。目的の化合物が含まれるフラクションの水系溶液をジクロルメタンで抽出した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して赤色の固体4b (2.6 mg, 20%) を得た。原料回収率41%。
HRMS (ESI+) Calcd for [M+Na]+ m/z 631.25154, Found 631.25518 (Δ 3.64 mmu).
化合物1 (0.542 g, 2.99 mmol)、4-(N,N-ジエチルアミノ)ベンズアルデヒド (0.265 g, 1.49 mmol) を触媒量のTFAを含むジクロルメタン 300 mLに溶解し、アルゴン雰囲気下、室温で一晩撹拌した。p-Chloranil (0.370 g, 1.51 mmol) を加え、さらに10分撹拌を続けた。反応溶液を水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して得られた残渣を、TEAを1% 含むジクロルメタン/メタノール (#1 95:5; #2 98:2; #3 100:0)を溶出溶媒とし、アルミナカラムクロマトグラフィーで3度精製し、緑がかった固体を得た。得られた固体を、DIEA 5 mLを含むトルエン 100 mLに溶解し、室温で撹拌しながらBF3・OEt2 5 mLをゆっくり滴下した後、10分撹拌した。反応溶液を水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して得られた残渣を、ジクロルメタン/メタノール (#1 98:2; #2 100:0; #3 95:5) を溶出溶媒とし、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで3度精製し、橙色の固体2c (136 mg, 16%) を得た。
1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 1.22 (t, 6H, J = 7.0 Hz, NCH2CH3), 1.44 (s, 6H, NCCCH3), 2.36 (t, 4H, J = 7.3, 8.4 Hz, COCH2), 2.53 (s, 6H, NCCH3), 2.65 (t, 4H, J = 7.3, 8.4 Hz, COCH2CH2), 3.41 (q, 4H, J = 7.0 Hz, NCH2), 3.65 (s, 6H, OCH3), 6.74 (d, 2H, J = 8.6 Hz, NCCHCH), 6.99 (d, 2H, J = 8.6 Hz, NCCH).
13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 12.1, 12.3, 12.5, 19.3, 34.3, 44.3, 51.6, 112.0, 121.6, 128.6, 129.0, 131.7, 139.6, 142.6, 148.2, 153.1, 173.1.
HRMS (ESI+) Calcd for [M+H]+ m/z 568.31582, Found 568.31626 (Δ 0.44 mmu).
化合物2c (136 mg, 239 μmol) をジクロルメタン 3 mLに溶解し、メタノール 20 mL、1 mol/L 水酸化ナトリウム水溶液5 mLを順次加え、室温で4時間撹拌した。反応溶液に水30 mLを加えてジクロルメタンで洗浄した後、UV (365 nm) 照射下で溶液が緑色の蛍光を発するようになるまで1 mol/L 塩酸 (約5 mL) を加え、溶液を酸性化した。ジクロルメタンで抽出した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して得られた化合物を、ジクロルメタン/アセトン (1:1) を展開溶媒としてプレパラティブ TLCを用いて精製し、橙色の固体3c (118 mg, 91%) を得た。
1H NMR (300 MHz, CD3OD) δ 1.10 (t, 6H, J = 7.0 Hz, NCH2CH3), 1.39 (t, 6H, NCCCH3), 2.25 (t, 4H, J = 7.5, 7.9 Hz, COCH2), 2.39 (s, 6H, NCCH3), 2.56 (t, 4H, J = 7.5, 7.9 Hz, COCH2CH2), 3.33 (q, 4H, J = 7.0 Hz, NCH2), 6.75 (d, 2H, J = 8.8 Hz, NCCHCH), 6.93 (d, 2H, J = 8.8 Hz, NCCH).
13C NMR (75 MHz, CD3OD) δ 12.5, 12.7, 20.4, 35.3, 45.4, 113.3, 122.8, 130.3 (representing two different carbons), 132.8, 140.8, 144.2, 149.7, 154.4, 176.5.
HRMS (ESI-) Calcd for [M-H]- m/z 538.26887, Found 538.26446 (Δ -4.40 mmu).
化合物3c (25.7 mg, 47.6 μmol) をDMF 2 mLに溶解した。氷冷下、100 mmol/L NHS DMF溶液、100 mmol/L WSCD DMF溶液 (それぞれ47.6 μmol) を順次加えていき、徐々に室温に戻していきながら14時間撹拌した。溶媒を減圧溜去し、ジクロルメタン/アセトン (1:1) を展開溶媒としてプレパラティブ TLCを用いて精製し、赤色の固体4c (13.4 mg, 44%) を得た。
HRMS (ESI+) Calcd for [M+H]+ m/z 637.30090, Found 637.30278 (Δ 1.89 mmu).
化合物1 (0.634 g, 3.50 mmol)、ベンズアルデヒド (0.185 g, 1.74 mmol) を触媒量のTFAを含むジクロルメタン 300 mLに溶解し、アルゴン雰囲気下、室温で一晩撹拌した。p-Chloranil (0.428 g, 1.74 mmol) を加え、さらに10分撹拌を続けた。反応溶液を水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して得られた化合物を、TEAを1% 含むジクロルメタンを溶出溶媒とし、アルミナカラムクロマトグラフィーで繰り返し精製し、緑色の固体を得た。得られた固体を、DIEA 5 mLを含むトルエン 100 mLに溶解し、室温で撹拌しながらBF3・OEt2 5 mLをゆっくり滴下した後、10分撹拌した。反応溶液を水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して得られた残渣を、ジクロルメタンを溶出溶媒として、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、橙色の固体2d (273 mg, 32%) を得た。
1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 1.29 (s, 6H, NCCCH3), 2.32-2.38 (m, 4H, COCH2), 2.54 (s, 6H, NCCH3), 2.61-2.66 (m, 4H, COCH2CH2), 3.65 (s, 6H, OCH3), 7.25-7.28 (m, 2H, benzene), 7.46-7.49 (m, 3H, benzene).
13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 11.8, 12.6, 19.3, 34.2, 51.6, 128.0, 128.9, 129.1, 130.9, 135.4, 139.4, 140.9, 154.0, 173.0.
HRMS (ESI+) Calcd for [M+Na]+ m/z 519.22426, Found 519.22433 (Δ 0.07 mmu).
化合物2d (40.1 mg, 78.4 μmol) をジクロルメタン 1 mLに溶解し、メタノール 20 mL、1 mol/L 水酸化ナトリウム水溶液5 mLを順次加え、室温で一晩撹拌した。反応溶液に水30 mLを加えてジクロルメタンで洗浄した後、UV (365 nm) 照射下で溶液が緑色の蛍光を発するようになるまで1 mol/L 塩酸 (約5 mL) を加え、溶液を酸性にした。ジクロルメタンで抽出した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して得られた残渣をセミプレパラティブ HPLCを用いて以下の条件で精製した;A/B = 50/50 (0 min) to 0/100 (20 min), then A/B = 70/30 (0 min) to 0/100 (30 min) (solvent A: H2O, 0.1% TFA; solvent B: アセトニトリル/H2O = 80/20, 0.1% TFA)。目的の化合物が含まれるフラクションの水系溶液をジクロルメタンで抽出した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して赤色の固体3d (32.0 mg, 84%) を得た。
1H NMR (300 MHz, CD3OD) δ 1.19 (s, 6H, NCCCH3), 2.23 (t, 4H, J = 8.1 Hz, COCH2), 2.40 (s, 6H, NCCH3), 2.55 (t, 4H, J = 8.1 Hz, COCH2CH2), 7.21-7.46 (m, 5H, benzene).
13C NMR (75 MHz, CD3OD/NaOD) δ 12.2 (representing two different carbons), 22.0, 39.3, 129.5, 130.2, 130.4, 132.0, 132.2, 136.9, 140.4, 142.1, 155.2, 181.8.
HRMS (ESI+) Calcd for [M+Na]+ m/z 491.19296, Found, 491.18910 (Δ -3.87 mmu)
化合物3d (12.4 mg, 26.5 μmol) をDMF 2 mLに溶解した。氷冷下、100 mmol/L NHS DMF溶液、100 mmol/L WSCD DMF溶液 (それぞれ39.7 μmol) を順次加えていき、徐々に室温に戻していきながら24時間撹拌した。溶媒を減圧溜去し、セミプレパラティブ HPLCを用いて以下の条件で精製した;A/B = 50/50 (0 min) to 0/100 (20 min) (solvent A: H2O, 0.1% TFA; solvent B: アセトニトリル/H2O = 80/20, 0.1% TFA)。目的の化合物が含まれるフラクションの水系溶液をジクロルメタンで抽出した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧溜去して赤色の固体4d (4.0 mg, 27%) を得た。原料回収率24%。
HRMS (ESI-) Calcd for [M-H]- m/z 564.21175, Found 564.21392 (Δ 2.18 mmu).
本発明の化合物3a(H2NBDP-PH)、3b(DiMeNBDP-PH)、及び3c(DiEtNBDP-PH)と対照化合物としてpH検知部位であるアニリン性アミノ基を有しない化合物3d(PhBDP-PH)の光学特性を測定した。結果を表1に示す。化合物3a、3b、及び3cはHenderson-Hasselbach式に従ったpH 依存性を示し、pH感受性プローブとして機能することが明らかとなった(図1)。各化合物とも中性からアルカリ性環境ではほぼ無蛍光で、弱酸性ないし中酸性程度のpKaを持ち、脱プロトン化体が酸性側でプロトン化されることでその蛍光量子収率は250〜300倍に増大した。
本発明の化合物にタンパク質などへのラベル化機能を付すため2個のカルボキシル基のうち1つをスクシンイミジル(NHS)エステルとした化合物4b及び4cを合成した。対照化合物としてアニリン性アミノ基を有しない化合物4dを合成した。
IgGに対して4b及び4c、対照として、4dを以下の方法でラベル化し、それぞれDiMeNBDP-IgG、DiEtNBDP-IgG、及びPhBDP-IgGを得た。IgGとしては市販のヒト化モノクローナル抗体治療薬であるハーセプチン:登録商標(Herceptin:登録商標)を用いた。Herceptinを200 mmol/L リン酸ナトリウム緩衝液(pH 8.37)(NaPi buffer) に溶解し、1.0 mg/mL Herceptin/NaPi 溶液を調製した。1.0 mLの1.0 mg/mL Herceptin/NaPi 溶液に化合物4b、4c、又は4dを加えた。遮光下に1時間静置し、PD10 カラム (GE Healthcare) を用いて溶出溶液をPBS pH 7.4 (GIBCO) とし、ラベル化されたIgGを単離した。DiMeNBDP-IgG及びDiEtNBDP-IgGは酸性になるにつれて化合物3b及び3cと同様に蛍光が増大したが、対照であるPhBDP-IgGではpH変動による蛍光の変化は認められなかった(図2)。
(1)本発明の化合物におけるR1で表されるアミノ基を適宜選択することにより、酸性領域における所望のpH範囲でのpH変動を好適な蛍光強度で測定することができる。従って、本発明の化合物はpH感受性プローブとして有用である。
(2)一般に酸性オルガネラのpHは、初期エンドソームが6.5〜6.0程度、後期エンドソームが6.0〜5.0程度、ライソゾームが4.8〜4.5程度とされている。本発明の化合物は、これらのpH範囲においてpH依存的に蛍光強度が変動するので細胞内酸性オルガネラの存在する酸性領域を測定するpH感受性プローブとして有用である。
(3)本発明の化合物は、そのpH感受性を損なうことなく生体関連物質(タンパク質やIgGなど)を標識(ラベル化)することができる。標識される生体関連物質を適宜選択することにより、エンドサイトーシスや細胞内輸送系、オートファジーなどの酸性オルガネラが関与する細胞機能を測定することができる。
(4)本発明の化合物におけるR1で表されるアミノ基の選択は、測定対象とするpH範囲により異なるが、例えば、R1がジエチルアミノ基である化合物3c、4cは、酸性オルガネラのpH変動を高感度に、広いpH範囲にわたり測定することができるので特に有用である。
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