JPH11502714A - β−ラクタマーゼ用の基質およびその使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 一般式(I)： 〔式中、ＸおよびＹの一方は蛍光供与体部分であり、他方は（再発光し得るまたは再発光し得ない）消光体部分であり；R'はＨ、低級アルキル（すなわち、１から約５個の炭素原子を有するアルキル）および(CH₂)_nOH（ここで nは０または１〜５の整数である）よりなる群から選ばれ；R"はＨ、生理学的に許容される金属およびアンモニウムカチオン、-CHR²OCO(CH₂)_nCH₃ 、-CHR²OCOC(CH₃)₃、アシルチオメチル、アシルオキシ-α-ベンジル、δ−ブチロラクトニル、メトキシカルボニルオキシメチル、フェニル、メチルスルフィニルメチル、β−モルホリノエチル、ジアルキルアミノエチル、アシルオキシアルキル、ジアルキルアミノカルボニルオキシメチルおよび脂肪族基よりなる群から選ばれ、ここでR²はＨおよび低級アルキルよりなる群から選ばれ；ＡはＳ、Ｏ、SO、SO₂およびCH₂よりなる群から選ばれ；そしてZ'およびZ"は蛍光供与体および消光体部分のためのリンカーである〕で表されるβ−ラクタマーゼ用の基質。さらに、β−ラクタマーゼ活性をアッセイする方法、およびリポーター遺伝子としてβ−ラクタマーゼを用いて系内の発現をモニターする方法も開示する。

Description

【発明の詳細な説明】 β−ラクタマーゼ用の基質およびその使用発明の背景 本発明は、一般には化学および生物学の分野に関する。さらに特定すると、本 発明は、遺伝子発現を測定する際に用いる組成物および方法に関する。 リポーター遺伝子アッセイは遺伝子のプロモーターの活性を測定するものであ る。それは、異種遺伝子を任意のプロモーターの制御下におき、その構築物を哺 乳動物細胞のゲノムに導入することを可能にする分子生物学の手法を利用する［ Gorman，C.M.ら，Mol．Cell Biol．2: 1044-1051(1982); Alam，J．and Cook，J .L.，Anal．Biochem．188: 245-254(1990)］。プロモーターを活性化すると、内 因性遺伝子と同様にまたはその代わりにリポーター遺伝子が誘導される。リポー ター遺伝子は容易に検出し測定できるタンパク質をコードするようにデザインさ れる。通常それは市販の基質を生成物に変換する酵素である。この変換反応はク ロマトグラフィーか直接光学測定かのいずれかによって簡便に追跡でき、生産さ れた酵素の定量が可能である。 リポーター遺伝子は多種多様の生物における遺伝子調節の研究のために種々の プラスミドに対して商業的に入手される［Alam and Cook,前掲］。関心のあるプ ロモーターを多数のクローニング部位に挿入することができるが、この目的のた めにはプラスミド上のリポーター遺伝子の前に挿入する[Rosenthal，N.，Method s Enzymol．152: 704-720(1987); Shiau，A．and Smith，J.M.，Gene 67: 295-2 99(1988)]。これらの遺伝子を細胞型または生物に導入するためには標準的な手 法が用いられる［例えば、Molecular Cloning，Nolan，C.編，New York，Cold S pring Harbor Laboratory Press，1988 中のSambrook，J.，Fritsch，E.F．and Maniatis，T.による「培養哺乳動物細胞内でのクローン化遺伝子の発現」に記載 される手法］。その後、プラスミドが保有する耐性マーカーを用いて、成功裏に トランスフェクションされた細胞を選別することができる。 この手法は使用の容易さと大きなシグナル増幅のために遺伝子調節の研究にお いてますます普及しつつある。ＤＮＡ→ＲＮＡ→酵素→生成物→シグナルからな るカスケードの各ステップがこの順序で次にくるものを増幅する。このカスケー ドを下れば下るほど、大きな測定シグナルが得られる。 理想的なリポーター遺伝子アッセイでは、測定対象のプロモーターの制御下に あるリポーター遺伝子を一時的にまたは安定的に細胞にトランスフェクトする。 レセプターを活性化すると転写および翻訳の結果により酵素レベルが変化する。 存在する酵素の量は基質に対するその酵素作用により測定できる。基質は小型の 非荷電分子であって、細胞外溶液に添加されると原形質膜を透過して酵素に出会 うことができる。荷電分子も使用できるが、内因性の細胞酵素によって切断され る基（例えば、細胞質エステラーゼにより切断されるエステル）でその電荷をマ スクする必要がある。 さまざまな理由のために、酵素と相互作用した後でその蛍光スペクトルの変化 を示す基質を使用することが特に望ましい。いくつかのアッセイでは、蛍光原基 質が蛍光生成物に変換される。あるいは、蛍光基質がリポーター酵素での変換後 に蛍光特性を変える。生成物は最大シグナルが得られるように強く蛍光を発し、 しかも細胞内にとどまるように強い極性をもつほうがよい。 リポーターアッセイで可能な限り高い感度を達成するためには、単一のリポー ター酵素によって生じるシグナルの量を最大にしなければならない。最適な酵素 は飽和条件下で１秒につき10⁵の基質分子を変換するだろう[Biochemistry，New York，W.H．Freeman and company，1981，pp．103-134 中のStryer，L.によるIn troduction to enzymes]。β−ラクタマーゼは１秒につき約10³の好適な基質分 子を切断するだろう[Chang，Y.H．ら，Proc．Natl．Acad．Sci．USA 87: 2823-2 827(1990)]。蛍光原基質を用いると、用いた染料のタイプに応じて、適当な波長 の光で励起するとき、生成した蛍光生成物につき最高10⁶の光子を得ることがで きる。シグナルは蛍光団の退色により終結する［Handbook of Biological Confo cal Microscopy，Pawley，J.B.編，Plenum Publishing Corporation，1990，pp ．169-178中のTsien，R.Y．and Waggoner，A.S.による「同焦点顕微鏡用の蛍光 体：光物理および光化学」］。これらの数字はこのタイプの測定で得られる理論 的なシグナル強度を示す。実際には、発生した光子のご くわずかな部分が検出されるが、このことは蛍光、生物発光または化学発光の場 合に当てはまる。リポーター酵素用の良好な蛍光原基質は、高い吸光度や高い蛍 光量子収量などの良好な光学特性のほかに、その酵素に対して高い代謝回転をも つ必要がある。発明の概要 本発明の目的はβ−ラクタマーゼの基質化合物を提供することである。本発明 の別の目的は膜透過性化合物を提供することである。膜透過性化合物は実質的に 膜不透過性の化合物に転換され得る。 本発明の他の目的はβ−ラクタマーゼリポーター遺伝子を提供することである 。本発明の更なる目的は、プロモーターを作動させるとリポーター遺伝子が発現 されるように該プロモーターに機能的に連結されたβ−ラクタマーゼリポーター 遺伝子を含む細胞を作製することである。β−ラクタマーゼの発現は、β−ラク タマーゼによる加水分解後に光を発するβ−ラクタマーゼ基質を用いて測定され る。 本発明の更なる目的は、生化学的活性をスクリーニングするために、細胞内の β−ラクタマーゼリポーター遺伝子と本発明のβ−ラクタマーゼ基質化合物を使 用することである。 本発明によると、一般式Ｉ： 〔式中、 ＸおよびＹの一方は蛍光供与体部分またはその膜透過性誘導体であり、他方は 消光体部分、受容体蛍光団部分またはその膜透過性誘導体であり； R'はＨ、低級アルキル、(CH₂)_nOH、(CH₂)_nCOOR”および =NOJ よりなる群から 選ばれ、ここで nは０または１〜５の整数であり、J はＨ、Me、CH₂COOH 、CHMe COOHまたはCMe₂COOHであり； R"はＨ、生理学的に許容される金属およびアンモニウムカチオン、-CHR²OCO(C H₂)_nCH₃ 、-CHR²OCOC(CH₃)₃、アシルチオメチル、アシルオキシ-α-ベンジル、 δ-ブチロラクトニル、メトキシカルボニルオキシメチル、フェニル、メチルス ルフィニルメチル、βモルホリノエチル、ジアルキルアミノエチル、ジアルキル アミノカルボニルオキシメチルよりなる群から選ばれ、ここでR²はＨまたは低級 アルキルよりなる群から選ばれ； ＡはＳ、Ｏ、SO、SO₂およびCH₂よりなる群から選ばれ； Z'はＸのためのリンカーであり；そして Z"はＹのためのリンカーである〕 で表される蛍光原基質が提供される。 別の面において、本発明は試料がβ−ラクタマーゼ活性を含むか否かを判定す る方法を提供する。この方法は、試料を本発明の基質化合物（該化合物が励起さ れるとき蛍光共鳴エネルギー転移を示す）と接触させ、該試料における蛍光共鳴 エネルギー転移の度合を測定することを含む。期待量よりも低い蛍光共鳴エネル ギー転移度がβ−ラクタマーゼ活性の存在を示す。この方法の一実施態様は試料 中の酵素の量を測定するためのものである。この方法にしたがって試料中の蛍光 共鳴エネルギー転移の度合を測定するには、試料を基質と接触させた後に１回目 と２回目に蛍光共鳴エネルギー転移度を測定し、その蛍光共鳴エネルギー転移度 の差を求める。蛍光共鳴エネルギー転移度の差が試料中の酵素の量を表している 。 他の面において、本発明は、脊椎動物細胞内で機能するように適合させた発現 制御配列を、β−ラクタマーゼの発現をコードするヌクレオチド配列に機能的に 連結させてなる組換え核酸分子を提供する。本発明はまた、真核細胞内で機能す るように適合させた発現制御配列を、細胞質ゾルのβ−ラクタマーゼの発現をコ ードするヌクレオチド配列に機能的に連結させてなる組換え核酸分子を提供する 。いくつかの実施態様では、本発明はこれらの組換え核酸分子でトランスフェク トされた哺乳動物宿主細胞に関する。 別の面において、本発明は細胞に含まれるβ−ラクタマーゼ活性の量を測定す る方法を提供する。この方法は、発現制御配列をβ−ラクタマーゼの発現をコー ドする核酸配列に機能的に連結させてなる組換え核酸分子でトランスフェクトさ れた宿主細胞を用意し、該細胞または該細胞の抽出物を含む試料をβ−ラクタマ ーゼの基質と接触させ、切断された基質の量を測定することを含むが、この場合 切断された基質の量がβ−ラクタマーゼ活性の量に関係している。 別の面において、本発明は一組の発現制御配列に機能的に連結させた遺伝子の 発現をモニターする方法を提供する。この方法は、発現制御配列をβ−ラクタマ ーゼの発現をコードする核酸配列に機能的に連結させてなる組換え核酸分子でト ランスフェクトされた宿主細胞を用意し（ただし、真核細胞が真菌である場合は β−ラクタマーゼが細胞質ゾルのβ−ラクタマーゼである）、該細胞または該細 胞の抽出物またはならし培地を含む試料をβ−ラクタマーゼの基質と接触させ、 切断された基質の量を測定することを含む。切断された基質の量がβ−ラクタマ ーゼ活性の量に関係している。 別の面において、本発明は、試験化合物が一組の発現制御配列に機能的に連結 させた遺伝子の発現を変更するか否かを判定する方法を提供する。この方法は、 発現制御配列をβ−ラクタマーゼの発現をコードする核酸配列に機能的に連結さ せてなる組換え核酸構築物でトランスフェクトされた宿主細胞を用意し（ただし 、真核細胞が真菌である場合はβ−ラクタマーゼが細胞質ゾルβ−ラクタマーゼ である）、該細胞を試験化合物と接触させ、該細胞または該細胞の抽出物を含む 試料をβ−ラクタマーゼの基質と接触させ、そして切断された基質の量を測定す ることを含むが、この場合切断された基質の量がβ−ラクタマーゼ活性の量に関 係している。これらの方法の一実施態様では、基質が本発明の化合物である。切 断された基質の量を測定するステップは、該化合物を励起させて、試料における 蛍光共鳴エネルギー転移の度合を測定することを含む。期待量よりも低い蛍光共 鳴エネルギー転移度がβ−ラクタマーゼ活性の存在を示す。 別の面において、本発明は、発現制御配列を細胞質ゾルのβ−ラクタマーゼの 発現をコードする核酸配列に機能的に連結させてなる組換え核酸分子でトランス フェクトされた細胞を用意し、該細胞を該発現制御配列の活性化を活性化するま たは阻害する物質と接触させ、該細胞と基質に変換される請求項９の化合物とを 接触させ、基質が個々の各細胞内で切断されるか否かを調べ（その場合、切断が β−ラクタマーゼ活性を示す）、所定のレベルのβ−ラクタマーゼ活性を有する 細胞を選択し増殖させる、ことを含んでなるクローン選択法を提供する。更なる 実施態様では、この方法は、選ばれた細胞を、活性化剤の不在下で、切断された 基質が該細胞から実質的に消失しかつβ−ラクタマーゼのレベルが非活性化レベ ルに戻るのに十分な時間培養し、その選ばれた細胞を、基質に変換される請求項 ９の化合物とともにインキュベートし、そして基質を実質的に切断しなかった細 胞を選択することをさらに含む。図面の簡単な説明 図１(a)および１(b)は、β−ラクタム環のβ−ラクタマーゼによる切断前およ び切断後の化合物１１（実施例１）のフルオレセイン(a)およびローダミン(b)の 発光スペクトルを示す。 図２は、β−ラクタム環のβ−ラクタマーゼによる切断前および切断後の化合 物１７の発光スペクトルを示す。 図３は、β−ラクタム環のβ−ラクタマーゼによる切断前および切断後の化合 物２２の発光スペクトルを示す。 図４は、β−ラクタム環のβ−ラクタマーゼによる切断前および切断後の化合 物２５の発光スペクトルを示す。 図５は、β−ラクタム環のβ−ラクタマーゼによる切断前および切断後の化合 物CCF2の発光スペクトルを示す。 図６は、β−ラクタム環のβ−ラクタマーゼによる切断前および切断後の化合 物CCF1の発光スペクトルを示す。 図７Ａは、本発明において有用な種々のヌクレオチドおよびアミノ酸配列を示 す表である。 図７Ｂ−Ｃは、配列１、すなわちKadonagaら(1984)により修飾された大腸菌RT EMのヌクレオチドおよび推定アミノ酸配列を示す。 図７Ｄ−Ｅは、配列２、すなわちSer2→Arg 、Ala23 →Gly を有する野生型の 分泌RTEM酵素のヌクレオチドおよび推定アミノ酸配列を示す。 図７Ｆ−Ｇは、配列３、すなわちβ−グロビン上流リーダー、哺乳動物Kozak 配列、シグナル配列のMet Gly による置換を有するRTEM酵素のヌクレオチドおよ び推定アミノ酸配列を示す。 図７Ｈ−Ｉは、配列４、哺乳動物Kozak 配列およびシグナル配列のMet Asp に よる置換を有するRTEMβ−ラクタマーゼのヌクレオチドおよび推定アミノ酸配列 を示す。 図７Ｊ−Ｋは、配列５、シグナル配列が置換されているBacillus licheniform isβ−ラクタマーゼのヌクレオチドおよび推定アミノ酸配列を示す。発明の説明 定義 本発明にしたがって本明細書中で用いる次の用語は、他に特記しないかぎり、 次の意味をもつと定義される。 「蛍光供与体部分」とは、エネルギーを吸収して、そのエネルギーを別の蛍光 原分子または化合物の一部分に転移させることができる蛍光原化合物のラジカル を指す。適当な供与体蛍光原分子としては、クマリンおよび関連染料、キサンテ ン染料、例えばフルオレセイン、ロドール(rhodol)およびローダミン、レゾルフ ィン、シアニン染料、ビマン(bimane)、アクリジン、イソインドール、ダンシル 染料、アミノフタルヒドラジド、例えばルミノールおよびイソルミノール誘導体 、アミノフタルイミド、アミノナフタルイミド、アミノベンゾフラン、アミノキ ノリン、ジシアノヒドロキノン、およびユウロピウムおよびテルビウム錯体なら びに関連化合物が挙げられるが、これらに限らない。 「消光体(quencher)」とは、蛍光供与体に結合したとき、該供与体からの発光 を減少させることができる発色団分子または化合物の一部分を指す。消光は蛍光 共鳴エネルギー転移、光誘導電子転移、システム間交差の常磁性増強、Dexter交 換カップリング、および暗複合体の形成のような励起子カップリングを含むいく つかのメカニズムのいずれかによって起こる。本明細書中で用いる「受容体」は 蛍光共鳴エネルギー転移を経て作動する消光体を意味する。多くの受容体は蛍光 として転移エネルギーを再発光させることができる。例として、クマリンおよび 関連蛍光体、キサンテン、例えばフルオレセイン、ロドールおよびローダミン、 レゾルフィン、シアニン、ジフルオロボラジアザインダセン、およびフタロシア ニンを挙げることができる。他の化学クラスの受容体は一般に転移エネルギーを 再発光させない。例を挙げると、インジゴ、ベンゾキノン、アントラキノン、ア ゾ化合物、ニトロ化合物、インドアニリン、ジ- およびトリフェニルメタンなど である。 「染料」とは、紫外線を含むがこれに限らない、特定の周波数の光を吸収する 分子または化合物の一部分を指す。「染料」と「発色団」は同義語である。 「蛍光団」とは蛍光を発する発色団のことである。 「膜透過性誘導体」とは一般式（式中、ＸおよびＹの少なくとも１つは少なく とも１個のアシル化芳香族ヒドロキシル、アシル化アミン、またはアルキル化芳 香族ヒドロキシルを含み、ここでアシル基は１〜５個の炭素原子を含み、アルキ ル基は-CH₂OC(O)alk、-CH₂SC(O)alk、-CH₂OC(O)Oalk 、低級アシルオキシ−α− ベンジル、およびデルタブチロラクトニルよりなる群から選ばれ、alk は１〜４ 個の炭素原子の低級アルキルである）の化合物の化学的誘導体を意味する。これ らの誘導体は、親水性の基がマスクされてより疎水性の誘導体となるので、細胞 膜をよりよく通過できる、すなわち膜透過性にされる。さらに、マスキング基は 細胞内で蛍光原基質から切断されて誘導基質を生成するようにデザインされる。 基質は膜透過性誘導体よりも親水性であるので、それは細胞の内部に捕捉される ことになる。 「アルキル」とは、１〜８個の炭素原子、好ましくは１〜６個の炭素原子、最 も好ましくは１〜４個の炭素原子の直鎖、分枝および環状の脂肪族基を表す。「 低級アルキル」とは、１〜４個の炭素原子の直鎖および分枝鎖のアルキル基を表 す。 「脂肪族」とは、１〜10個の炭素原子、好ましくは１〜６個の炭素原子、最も 好ましくは１〜４個の炭素原子の飽和および不飽和のアルキル基を表す。基質 β−ラクタマーゼはβ−ラクタムの加水分解をほぼ拡散制御的に触媒するとい う点において理想的酵素に近い（Christensen，H．et al.，Biochem．J．266:85 3-861，1990）。このクラスの酵素のその他の性質を調べてみて、これが細胞内 リポーター酵素の役割に適していることが判明した。これらの酵素はペニシリン やセファロスポリンなどのβ−ラクタム抗生物質のβ−ラクタム環を切断してそ の過程で新しく荷電した部分を作り出す（O'Callaghan，C.H．et al.，Antimicr ob．Agents．Chemother．8:57-63，1968; Stratton，C.W．J．Antimicrob．Chem other．22，Suppl．A:23-35，1988）。第１世代のセファロスポリンを下図の左 に示すが、その中で矢印はβ−ラクタマーゼによる切断部位を指す。このように して生成した遊離のアミノ基（下図の真ん中の構造）がビニル基を介して電子密 度を供与して、３’位から離核性の（nucleofugal）基であるＲ₂を不可逆的に切 断するのを促進する。Ｒ₂はこのようにして遊離の状態になってＲ₁−セファロス ポリンコンジュゲートから拡散する（下図の右の構造）。 β−ラクタマーゼはβ−ラクタム抗生物質に対する細菌の耐性を作る点で臨床 的に関係しているので、今までによく性状決定がなされてきたクラスの酵素であ る（Waley，S.G.，Sci．Prog．72:579-597，1988; Richmond，M.H．et al.，Ann ．N.Y．Acad．Sci．182:243-257，1971）。ほとんどのβ−ラクタマーゼがクロ ーニングされてアミノ酸配列が決定されている（例えば、Ambler，R.P.，Phil． Trans．R．Soc．Lond.［Ser．B.］289:321-331，1980を参照）。 β−ラクタマーゼをコードする遺伝子はアンピシリン耐性遺伝子（Ａｍｐ^r） として分子生物学者には知られており、首尾よく形質導入された細菌を選択する のによく使用されており（Castagnoli，L．et al.，Genet．Res．40:217-231，1 982）；そのクローンは広く入手可能である。この酵素はβ−ラクタム環の加水 分解を触媒し、ペプチドやタンパク質基質を受け付けない（Pratt，R.F．and Go vardhan，C.P.，Proc．Natl．Acad．Sci，USA 81:1302-1306，1984; Murphy，B. P．and Pratt，R.F.，Biochemistry 30:3640-3649，1991）。この反応速度はよ く研究されており、生成物阻害がない（Bush，K．and Sykes，R.B.，Antimicrob ．Agents，Chemother．30:6-10，1986; Christensen et al.，1990，前出）。酵 素基質は生成物よりも極性が少ない。 基質中のカルボキシ基はアセトキシメチルエステルで簡単にマスクすることが でき（Jansen，A.B.A．and Russell，T.J.，J．Chem．Soc．2127-2132，1965; D aehne，W．et al.，J．Med．Chem．13:607-612，1970）、これは内在性の哺乳動 物細胞内エステラーゼで容易に切断される。このエステラーゼによる変換とそれ に続くβ−ラクタマーゼによるβ−ラクタムの切断によって、２つの陰電荷と第 三級アミンを生成して、このアミンがプロトン付加する。現在までに、適当な性 質をもつ蛍光原性（fluorogenic）基質は報告されていないが、種々のデザイン の色原性（chromogenic）基質は複数報告されており、市販されている（Jones， R.N．et al.，J．Clin．Microbiol．15:677-683，1982; Jones，R.N．et al.，J ．Clin．Microbiol．15:954-958，1982; O'Callaghan，C.H．et al.，Antimicro b．Agents．Chemother．1:283-288，1972）。 多数のβ−ラクタマーゼが単離されて性状決定されており、これらは全て本発 明で使用するのに適している。最初に、β−ラクタマーゼは、その基質及び阻害 剤の性質、ならびに分子量に基づいて種々のクラス（ＩからＶ）に分けられた（ Richmond，M.H．and Sykes，R.B.，Adv．Microb．Physiol．9:31-88，1973）。 最近になって、アミノ酸とヌクレオチド配列に基づく分類が導入された（Ambler ，R.P.，Phil．Trans．R．Soc．Lond.［Ser．B.］289:321-331，1980）。クラス Ａβ−ラクタマーゼは活性部位にセリンをもち、約２９ｋｄの分子量をもつ。こ のクラスにはｐＢＲ３２２のＲＴＥＭ酵素などのプラスミドで媒介されるＴＥＭ β−ラクタマーゼを含む。クラスＢβ−ラクタマーゼはシステイン残基に結合し た活性部位亜鉛をもつ。クラスＣ酵素は活性部位セリンをもち、分子量は約３９ ｋ ｄであるが、クラスＡ酵素とはアミノ酸の相同性がない。 本明細書で記載するリポーター遺伝子アッセイで使用する例示的β−ラクタマ ーゼのコーディング領域を配列番号１（核酸配列）と配列番号２（アミノ酸配列 ）に示す。この配列を含むｐＴＧ２ｄｅｌ１が文献に記載されている（Kadonaga ，J.T．et al.，J．Biol．Chem．259:2149-2154，1984）。野生型ｐＢＲ３２２ β−ラクタマーゼの全コーディング配列も発表されている（Sutcliffe，J.G.，P roc．Natl．Acad．Sci．USA 75:3737-3742，1978）。当業者には明らかなように 、この酵素及びβ−ラクタマーゼ活性をもつその他の同様なペプチド配列も本発 明に使用するのに適している。β−ラクタマーゼリポーター遺伝子は、リポータ ー遺伝子の使用自体としては公知の方法（例えば、適当なプラスミドベクターの 形で）でアッセイシステムで使用する。 適当なβ−ラクタマーゼと組み合わせて、本発明では以下の一般式Ｉの蛍光原 性基質を使用する： ［式中、Ｘ及びＹの一方は蛍光供与体部分であり、他方は消光体（再発光しても しなくてもよい）であり；Ｒ’はＨ、低級アルキル、（ＣＨ₂）_nＯＨ、（ＣＨ₂ ）_nＣＯＯＲ”及び＝ＮＯＪからなる群より選択され、ここでｎは０又は１〜５ の整数であり、そしてＪはＨ、Ｍｅ，ＣＨ₂ＣＯＯＨ、ＣＨＭｅＣＯＯＨ及びＣ Ｍｅ₂ＣＯＯＨであり；Ｒ”はＨ、生理学的に許容できる金属及びアンモニウム カチオン、−ＣＨＲ²ＯＣＯ（ＣＨ₂）_nＣＨ₃、−ＣＨＲ²ＯＣＯＣ（ＣＨ₃）₃、 アシルチオメチル、アシルオキシ−α−ベンジル、δ−ブチロラクトニル、メト キシカルボニルオキシメチル、フェニル、メチルスルフィニルメチル、β−モル ホリノエチル、ジアルキルアミノエチル、及びジアルキルアミノカルボニルオキ シメチルからなる群より選択され、ここでＲ²はＨ及び低級アルキルからなる群 より選択され；ＡはＳ，Ｏ，ＳＯ，ＳＯ₂及びＣＨ₂からなる群より選択され；そ してＺ’およびＺ”は蛍光供与体部分と消光体部分のリンカーである］。 リンカーＺ’およびＺ”は蛍光供与体部分と消光体部分をセファロスポリン由 来の骨格に結合させて一般式Ｉの化合物の合成を可能にする役割を果たす。一般 式Ｉでは、Ｚ’は骨格への直接結合を表してよく；あるいはＺ’として使用する のに適したリンカーには以下のもの：−（ＣＨ₂）_nＣＯＮＲ²（ＣＨ₂）_m−、− （ＣＨ₂）_nＮＲ²ＣＯ（ＣＨ₂）_m−、−（ＣＨ₂）_nＮＲ³ＣＯＮＲ²（ＣＨ₂）_m− 、−（ＣＨ₂）_nＮＲ³ＣＳＮＲ²（ＣＨ₂）_m−、−（ＣＨ₂）_nＣＯＮＲ³（ＣＨ₂）_p ＣＯＮＲ²（ＣＨ₂）_m−、−（ＣＨ₂）_n−、−（ＣＨ₂）_nＮＲ³ＣＯ（ＣＨ₂）_p Ｓ（ＣＨ₂）_m−、−（ＣＨ₂）_nＳ（ＣＨ₂）_m−、−（ＣＨ₂）_nＯ（ＣＨ₂）_m−、 −（ＣＨ₂）_nＮＲ²（ＣＨ₂）_m−、−（ＣＨ₂）_nＳＯ₂ＮＲ²（ＣＨ₂）_m−、−（ ＣＨ₂）_nＣＯ₂（ＣＨ₂）_m−、 を含むが、これに限定されず、ここでＲ²及びｎは先に定義した通りであり；Ｒ³ は水素及び低級アルキルからなる群より選択され；そしてｍ及びｐのそれぞれは 独立に０及び１〜４の整数からなる群より選択される。特に好ましいのは、ｎ及 びｍが０であるようなＺ’基である。Ｒ²がＨであるＺ’基も特に好ましい。 Ｙ部分のために適したリンカーＺ”は、染料の発色団中のヘテロ原子（例えば ，Ｏ，Ｎ又はＳ）への直接結合、又は以下のもの：−Ｏ（ＣＨ₂）_n−、−Ｓ（Ｃ Ｈ₂）_n−、−ＮＲ²（ＣＨ₂）_n−、−Ｎ⁺Ｒ² ₂（ＣＨ₂）_n−、−ＯＣＯＮＲ²（Ｃ Ｈ₂）_n−、−Ｏ₂Ｃ（ＣＨ₂）_n−、−ＳＣＳＮＲ²（ＣＨ₂）_n−、−ＳＣＳＯ（Ｃ Ｈ₂）_n−、−Ｓ（ＣＨ₂）_nＣＯＮＲ²（ＣＨ₂）_m、−Ｓ（ＣＨ₂）_nＮＲ²ＣＯ（Ｃ Ｈ₂）_m及び を含むが、これに限定されず、ここでＲ²、ｎ及びｍは先に定義した通りであ り；そしてｍは０〜４の整数である。特に好ましいＺ”基は−Ｓ（ＣＨ₂）_n−で ある。特に好ましいのはＨである。 好ましいＲ’基はＨ及びメチルを含む。特に好ましいのはＨである。好ましい Ｒ”基にはＨ及びアセトキシメチルを含む。好ましいＲ²基はＨである。好まし いＡ基は−Ｓ−である。 好ましい面において、本発明の化合物は膜透過性である。特に好ましいのは、 Ｘ及びＹの少なくとも１つが少なくとも１つのアシル化芳香族ヒドロキシル、ア シル化アミン、又はアルキル化芳香族ヒドロキシルを含む化合物であり、ここで アシル基は１〜５個の炭素原子を含み、アルキル基は−ＣＨ₂ＯＣ（Ｏ）ａｌｋ 、−ＣＨ₂ＳＣ（Ｏ）ａｌｋ、−ＣＨ₂ＯＣ（Ｏ）Ｏａｌｋ、低級アシルオキシ− α−ベンジル、及びδ−ブチロラクトニル（式中、ａｌｋは１〜４個の炭素原子 を含む低級アルキルである）からなる群より選択される。特に好ましいのは、Ｘ 及びＹの少なくとも１つが少なくとも１つのアシル化芳香族ヒドロキシルを含む 化合物であり、ここでアシル基はアセチル、ｎ−プロピオニル又はｎ−ブチリル である。Ｘ及びＹの少なくとも１つが芳香族ヒドロキシル基上にアセトキシメチ ル基を含む化合物も特に好ましい。 別の好ましい面においては、消光体又は受容体は式ＶＩＩＩ−ＸＩＩのフルオ レセイン、ロドール又はローダミンである。好ましいのは、供与体が式ＶＩＩＩ のフルオレセインであり、消光体又は受容体が式ＶＩＩＩ−ＸＩＩのロドール又 はローダミンである化合物である。供与体が式ＶＩＩＩのフルオレセインであり 、消光体又は受容体が式ＶＩＩＩのテトラハロフルオレセイン（式中，Ｒ^a、Ｒ^b 、Ｒ^c、Ｒ^dは独立にＢｒ又はＣｌである）である化合物も好ましい。消光体又は 受容体が式ＶＩＩＩ、ＩＸ及びＸＩのロドールである化合物も好ましい。このよ うな化合物の別の好ましい群は、消光体又は受容体が式ＶＩＩＩ、Ｘ及びＸＩＩ のローダミンである化合物である。 別の面においては、供与体は式ＩＩ−ＶＩＩのクマリンであり、消光体／受容 体は式ＶＩＩＩ−ＸＩＩ、ＸＬＶＩＩ又はＸＬＶＩＩのフルオレセイン、ロドー ル又はローダミン、及びその膜透過性の蛍光原性誘導体である。特に好ましいの は、式ＶＩＩＩのフルオレセイン消光体／受容体をもつ化合物である。特に好ま しいのは、クマリンが７−ヒドロキシクマリン又は７−ヒドロキシ−６−クロロ クマリンであり、フルオレセイン受容体がフルオレセイン又はジクロロフルオレ セインである化合物である。 当業者には容易に理解できるように、蛍光共鳴エネルギー転移の効率は供与体 蛍光団の蛍光量子収量（quantum yield）、供与体−受容体の距離、ならびに供 与体の蛍光発光と受容体の吸収との重なり積分（overlap integral）に依存する 。高い蛍光量子収量（好ましくは１００％に近い率）をもつ供与体蛍光団を供与 体の発光に合致する波長において大きな吸光係数をもつ受容体とペアにするとき にエネルギー転移は最も効率がよい。蛍光エネルギー転移が上記のパラメーター に依存することが報告されており（Forster，T.（1948）Ann．Physik 2:55-75; Lakowicz，J.R.，Principles of Fluorescence Spectroscopy，New York:Plenum Press，1983; Herman，B.，Resonance energy transfer microscopy: Fluoresc ence Microscopy of Living Cells in Culture，Part B，Methods in Cell Biol ogy，Vol 30,編集Taylor，D.L.及びWang，Y.L.，San Digo: Academic Press，19 89，pp.219-243; Turro，N.J.，Modern Molecular Photochemistry，Menlo Park : Benjamin/Cummings Publishing Co．Inc.，1978，pp.296-361）、スペクトル の重なり積分の表は当該技術分野の当業者は容易に入手できる（例えば、Berlma n，I．B.，Energy transfer parameters of aromatic compounds，Academic Pre ss，New York and London，1973）。蛍光共鳴エネルギー転移（ＦＲＥＴ）が５ ０％効率で起きる供与体蛍光団と受容体染料との間の距離をＲ₀と呼び、スペク トルの重なり積分値から計算できる。タンパク質における距離の測定によく用い られるフルオレセイン−テトラメチルローダミンの供与体−受容体ペアの場合、 この距離Ｒ₀は約５０−７０Åである（dos Remedios，C.G．et al.，J．Muscle Research and Cell Motility，8:97-117，1987）。このペアのエネルギー転移が ９０％を越える距離は約４５Åである。セファロスポリン骨格に結合している場 合には、供与体と受容体の距離は使用するリンカー及び発色団のサイズにより１ ０Åから２０Åである。距離が２０Åの場合、供与体の９０％がそのエネルギー を受容体に転移して供与体蛍光の９０％消光よりもよい結果をもたらすためには 、発色団ペアは３０Åよりも大きな計算値Ｒ₀をもたなくてはならないだろう。 β−ラク タマーゼによるこのようなセファロスポリンの切断は消光を減じ、供与体蛍光効 率を１０倍以上増加する。従って、本発明で教示する使用に適した供与体−受容 体ペアを同定することは本質的に当業者には日常的なことである。 生細胞の細胞質中でのβ−ラクタマーゼ活性を測定するためには、大きな化合 物の場合は基質の送達が問題となるので、大きな分子量の発色団よりは後述する 小さい分子量の発色団の方が一般に好ましい。大きい分子、特に約１２００ダル トン以上の分子は、小分子よりも細胞構成成分と結合しやすく、このためにβ− ラクタマーゼによる接近と切断から少なくともその一部を分離することともなる 。 Ｘ及びＹとして使用するのに適した発色団は当業者に公知である。Ｘ及びＹと して使用するのに適した特定のクラスの発色団の一般構造を後述する。一般式Ｉ Ｉ−ＸＸＸＩＶの化合物は、一般式Ｉの化合物中で特に適した供与体部分の基礎 として作用する蛍光団の例示である。一般式の化合物中で受容体部分の基礎とし て用いるのに適した発色団は一般式ＩＩ−ＬＩＶの化合物を含むが、これに限定 されない。一般式ＸＸＸＶ−ＬＩＶの発色団は通常は効率よく再発光しない。 一般式ＩＩ−ＬＶＩの化合物の好ましい態様において： ａ及びａ’はそれぞれ独立にＨ又は結合点（attachment point）（すなわち、 染料成分が一般式Ｉのコア構造に結合する位置）であり； ＥはＨ、ＯＨ、ＯＲ^k及びＮＲ^gＲ^hからなる群より選択され； ＧはＯ及びＮ⁺Ｒ^g’Ｒ^b’からなる群より選択され； Ｌ及びＬ’はそれぞれ独立にＣＨ及びＮからなる群より選択され； ＭはＨ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ及びＣｕからなる群より選択され； ＱはＯ、Ｓ、Ｃ（ＣＨ₃）₂及びＮＲ^gからなる群より選択され； Ｑ’はＯ、ＣＨ₂、Ｃ（ＣＨ₃）₂、ＮＲ^k及びＳＯ₂からなる群より選択され； ＴはＯ及びＮＲ^kからなる群より選択され； Ｗ及びＷ’はそれぞれＯ、Ｓ、Ｓｅ及びＮＨからなる群より選択され； Ｒ^a、Ｒ^b、Ｒ^c及びＲ^dはそれぞれ独立に結合点、Ｈ、ハロゲン及び低級アルキ ルからなる群より選択され； Ｒ^eは結合点、Ｈ、低級アルキル、（ＣＨ₂）_nＣＯ₂Ｈ、（ＣＨ₂）_nＣＨａＣＯ₂ Ｈ、ＣＨａ（ＣＨ₂）_nＣＯ₂Ｈ、（ＣＨ₂）_nＣＯａ、ＣＨ＝ＣＨＣＯａ、 からなる群より選択され； Ｒ^f、Ｒ^g、Ｒ^g’、Ｒ^h、Ｒ^h’及びＲ^kはそれぞれ独立に結合点、Ｈ、低級アル キル及びＣＨ₂（ＣＨ₂）_nａからなる群より選択され； Ｒⁱは結合点、Ｈ、ハロゲン、低級アルキル、ＣＮ、ＣＦ₃、フェニル、ＣＯ₂ Ｈ及びＣＯＮＲ^g’Ｒ^b’からなる群より選択され； Ｒ^jは結合点、Ｈ、ハロゲン、低級アルキル、ＣＮ、ＣＦ₃、フェニル、ＣＨ₂ ＣＯ₂Ｈ及びＣＨ₂ＣＯＮＲ^g’Ｒ^h’からなる群より選択され； Ｒ^l及びＲ^rはそれぞれ独立に結合点、Ｈ、低級アルキル、 からなる群より選択され； Ｒ^m、Ｒⁿ、Ｒ^p及びＲ^qはそれぞれ独立に結合点、Ｈ、低級アルキル及びフェニ ルからなる群より選択され； Ｒ^oは結合点、Ｈ及び低級アルキルからなる群より選択され； Ｒ^s及びＲ^tはそれぞれ独立に結合点、Ｈ、ハロゲン、低級アルキル及びＯＲ^f からなる群より選択され； Ｒ^u及びＲ^vはそれぞれ独立に結合点、Ｈ、ハロゲン、ＣＮ及びＮＯ₂からなる 群より選択され； Ｒ^wはそれぞれ独立に結合点、Ｈ、ＣＯＯ^-、ＳＯ₃ ^-及びＰＯ₃ ^2-からなる群よ り選択され； ＬｎはＥｕ³⁺、Ｌｎ³⁺及びＳｍ³⁺からなる群より選択され； Ｃｈｅｌは、直径４〜６Åの空洞に面しうる少なくとも６個そして好ましくは ８〜１０個の供与体原子をもつ多座キレート剤であって、大員環であってもなく てもよく、３００〜４００ｎｍを吸収する発色団を含み、ＣｈｅｌがＺ’又はＺ ”と結合しうる結合点を含む。適当なＣｈｅｌ部分はユウロピウムトリス−（ビ ピリジン）クリプタンドである。一般式ＸＸＸＩＸのアントラキノン発色団では 、１〜８位のそれぞれが置換基Ｈ又はＥをもっていてよく、あるいは結合点とし て作用する。 ユウロピウムトリス−（ビピリジン）クリプタンド供与体は式ＸＶ−ＸＶＩＩ 、ＸＸＸＶＩ、ＸＬＶＩ−ＸＬＶＩＩ、ＬＩＶ及びＬＶＩの受容体とペアにする のが好適である。テルビウムトリス−（ビピリジン）クリプタンド供与体は式Ｖ ＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ、ＸＸＸＶＩ−ＸＬＩ及びＸＬＶ−ＬＩＶ及びＬＶＩの受容 体とペアにするのが好適である。 ユウロピウムトリス−（ビピリジン）クリプタンド／フタロシアニン供与体／ 受容体ペアは、近赤から遠赤領域のエネルギーの発光によってβ−ラクタマーゼ 活性を測定するのが望ましい場合には特に興味深い。 多くの応用では、一般式Ｉの化合物に疎水性と細胞膜透過性を与えるように誘 導体化することが望ましい。誘導体をつくる基は細胞内で加水分解されて一般式 Ｉの化合物を再生してこの化合物を細胞内に捕捉するようなものであるべきであ る。この目的のためには、染料構造中の全てのフェノール性ヒドロキシル又は遊 離アミンがＣ₁−Ｃ₄アシル基（例えば、ホルミル、アセチル、ｎ−ブチリル）で アシル化されているか、あるいはその他の様々なエステル及びカーボネート（例 えば、Bundgaard，H.，Design of Prodrugs，Elsevier Science Publishers(198 5)，Chapter I，page 3以下参照、に記載のもの）に変換されていることが好ま しい。フェノールは１−（アシルオキシ）アルキル、アシルチオメチル、アシル オキシ−α−ベンジル、δ−ブチロラクトニル、又はメトキシカルボニルオキシ メチル基でアルキル化されていてもよい。フルオレセイン、ロドール、及びロー ダミンの場合、これらの染料中の酸部分をスピロラクトンに変換する結果ともな るので、この操作は特に有用である。膜透過性を促進するために、セファロスポ リンの４−位にあるカルボキシルは、Ferres，H．Chem．Ind．1980:435-440，19 80に記載されるような１−（アシルオキシ）アルキル、アシルチオメチル、アシ ルオキシ−α−ベンジル、δ−ブチロラクトニル、メトキシカルボニルオキシメ チル、フェニル、メチルスルフィニルメチル、β−モルホリノエチル、２−（ジ メチルアミノ）エチル、２−（ジエチルアミノ）エチル、又はジアルキルアミノ カルボニルオキシメチル基でエステル化すべきでる。カルボキシルのために最も 好ましいエステル化基はアセトキシメチルである。 一般式Ｉの化合物の一般的合成法を以下に記載する。当業者には明らかなよう に、以下の方法は種々の誘導体に使用でき、その他の合成法も可能である。 これらの化合物で、ＲＧは求核性の反応基（例えば、ヨードアセトアミド、イソ シアネート、イソチオシアネートなど）であり；Ｎｕは求核体（例えば、−ＳＨ 、−ＮＨ₂、−ＯＨなど）であり；Ｒ₀はＨ又はエステル基（例えば、ベンズヒド リルエステル、ｔ−ブチルエステルなど）であり；Ｎｕ₀は二座の求核体（例え ば、ＨＳ^-、ＨＳＣＨ₂ＣＨ₂ＮＨ₂、キサンテートなど）であり；Ｈａｌはハロゲ ン（例えば、塩素、臭素、又はヨウ素）である。 セファロスポリン出発原料は、市販のセファロスポリン誘導体である７−アミ ノセファロスポラン酸又は７−アミノ−３’−クロロセファロスポラン酸のベン ズヒドリル又はｔ−ブチルエステル（Ｒ₀）である。求核反応基（ＲＧ）をもつ 染料Ａ及びＢをカップリングする前に、そのフェノール性及び遊離のアミン残基 をエステル化又はアルキル化しておくことが有利なことがある。染料Ａと染料Ｂ とを結合させる順序は試薬の選択に依存する。染料Ａをアルキルアミドリンカー を介してセファロスポリンに結合する。これを行うには、求核性反応基（ＲＧ） をもつ染料Ａを二官能性の脂肪酸（例えば、アミノ−、メルカプト−又はヒドロ キシアルキル酸）と反応させ、この酸をセファロスポリン７−アミンとカップリ ングする（上述の合成経路１）。あるいは求核基（例えば、アミン又はチオール ）をもつ染料Ａをハロゲン化アルキル酸と反応させ、この酸をセファロスポリ ン７−アミンとカップリングする（合成経路２）。どちらの合成経路でも、２つ の反応の順序は変えてもよい。脂肪酸をもつ染料Ａをセファロスポリンと直接カ ップリングさせてもよい（合成経路３）。求核置換基をもつ染料Ｂは、脱離基（ ＬＧ）の直接置換によってセファロスポリンの３’−位にカップリングさせるこ とができる（合成経路４）。求核反応基をもつ染料Ｂをカップリングした二座の 求核体と反応させ、次いでこれを脱離基（ＬＧ）の置換によってセファロスポリ ンに結合する（合成結合５）が、ここで反応順序は変えてもよい。 いくつかの場合には、求核性基の１つをマスクした二座の求核体との第１反応 を行うことが必要となる。次に第２のカップリングはこの保護基を除去した後に 行う。両方の染料を結合した後、セファロスポリンエステルを切断する（Ｒ₀が Ｈでない場合）。膜透過性の基質を作るには、次いで酸を再エステル化してエス テルとし、このエステルは哺乳動物細胞の細胞質環境によって脱保護される。細 胞質の関与のないところに応用する場合には、染料上のフェノール又は遊離アミ ンをマスクするのに用いた全ての残っているアシル及びアルキル基を除去する。 本発明で使用するのに適した供与体と受容体クラスの好ましい組み合わせを表 １に示す。これらの組み合わせを用いる一般式Ｉの化合物の態様においては、蛍 光共鳴エネルギー転移（ＦＲＥＴ）が起きる。もちろん、当業者には容易に理解 できるように、多くのその他の供与体及び受容体／消光体（再発光するものもし ないものも含めて）の組み合わせが本発明での使用に適している。一般に、供与 体と受容体ペアで適しているのは、供与体の発光スペクトルが受容体の励起スペ クトルと有意に重複するものである。 特に興味のある蛍光供与体部分にはクマリン及びフルオレセインを含む。特に 興味のある消光体にはフルオレセイン、ロドール及びローダミンを含む。興味の ある組み合わせにはクマリン供与体と、フルオレセイン、ロドール又はローダミ ン消光体との組み合わせ、ならびにフルオレセイン供与体と、ロドール又はロー ダミン消光体との組み合わせを含む。特に興味のある組み合わせには以下のもの を含む：クマリン（例えば、７−ヒドロキシクマリン）又はそのクロロ誘導体と フルオレセイン又はそのジクロロ誘導体との組み合わせ；フルオレセインとエオ シン又はテトラクロロフルオレセインとの組み合わせ；フルオレセインとロドー ル誘導体との組み合わせ；ならびにローダミンとフルオレセインとの組み合わせ 。 ユウロピウムキレート供与体は、式ＸＶ−ＸＶＩＩ、ＸＸＸＶＩ、ＸＬＶＩ− ＸＬＶＩＩ、ＬＩＶ及びＬＶＩの受容体とペアにするのが適している。テルビウ ムキレート供与体は、式ＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ、ＸＸＸＶＩ−ＸＬＩ及びＸＬＶ −ＬＩＶ及びＬＶＩの受容体とペアにするのが適している。ユウロピウム及びテ ルビウムキレート供与体は、非常に狭い発光ピークとミクロ秒〜ミリ秒の励起状 態寿命をもつために特に興味深く、このためバックグラウンドの蛍光及びナノ秒 又はそれ以下の励起状態寿命をもつ散乱と容易に区別できる。 多くの用途において、一般式Ｉの化合物にもっと疎水性を与え、細胞膜透過性 とするように誘導体化することが望ましい。誘導体を作る基は細胞内で加水分解 を受けて一般式Ｉの化合物を再生し、細胞内にこれを捕捉するものであるべきで ある。この目的のためには、染料構造中の全てのフェノール性ヒドロキシル又は 遊離アミンがＣ₁−Ｃ₄アシル基（例えば、ホルミル、アセチル、ｎ−ブチリル） でアシル化されているか、あるいはその他の様々なエステル及びカーボネート（ 例えば、Bundgaard，H，Design of Prodrugs，Elsevier Science Publishers(19 85)，Chapter I，page 3以下参照、に記載のもの）に変換されていることが好ま しい。フェノールは１−（アシルオキシ）アルキル、アシルチオメチル、アシル オキシ−α−ベンジル、δ−ブチロラクトニル、又はメトキシカルボニルオキシ メチル基でアルキル化されていてもよい。フルオレセイン、ロドール、及びロー ダミンの場合、これらの染料中の酸部分をスピロラクトンに変換する結果ともな るので、遊離のフェノール性基のアシル化又はアルキル化は特に有用である。膜 透過性を促進するためには、セファロスポリンの４−位にあるカルボキシルは、 Ferres，H．Chem．Ind．1980:435-440，1980に記載されるような１−（アシルオ キシ）アルキル、アシルチオメチル、アシルオキシ−α−ベンジル、δ−ブチロ ラクトニル、メトキシカルボニルオキシメチル、フェニル、メチルスルフィニル メチル、β−モルホリノエチル、２−（ジメチルアミノ）エチル、２−（ジエチ ルアミノ）エチル、又はジアルキルアミノカルボニルオキシメチル基でエステル 化すべきでる。カルボキシルのために最も好ましいエステル基はアセトキシメチ ルである。 セファロスポリン骨格は２つの染料の間の切断可能なリンカーとして働く。セ ファロスポリン骨格は切断後に細胞内に２つの染料を保持するのに必要な電荷を 提供する。一方の染料が、他方の染料が発光する（供与体蛍光団）波長において 光を吸収する（消光体又は受容体発色団）ように染料を選択する。完全なセファ ロスポリンでは２つの染料は互いに近い位置にある。供与体蛍光団を励起すると き、供与体の蛍光に代えて供与体から受容体への蛍光共鳴エネルギー転移（ＦＲ ＥＴ）が観察される（Forster，T.，Ann．Physik，2:55-75，1948）。もしも受 容体が非蛍光性染料であるときは、エネルギーは溶媒に放出され、供与体の蛍光 は消光する。受容体自身が蛍光染料である場合には、受容体の発光波長で蛍光の 再発光が起きる。水などの極性溶媒中では、疎水性供与体と受容体蛍光団が短い たわみやすいリンカーで分離されているときにはスタッキング効果が起こりうる 。基底状態でのこの会合のために、”暗複合体（dark complex）”が形成される （Yaron，A．et al.，Anal．Biochem.，95:228-235，1979）。この複合体では、 いずれの蛍光団も発光できず、両方の染料の蛍光が消光される（Bojarski，C．a nd Sienicki，K.，Energy tranfer and migration in fluorescent solutions: Photochemistry and Photophysics,編集 Rabek，J.F．Boca Raton: CRC Press， Inc.，1990，pp.1-57）。いずれの場合も、β−ラクタムの切断に伴って蛍光に 大きな変化が起こり、これを用いてβ−ラクタマーゼ活性を測定できる。両方の 染料は互いに拡散しているので、スタッキング及びエネルギー転移が破壊される 。蛍光を発する供与体及び受容体染料をもつセファロスポリンをここではＦＲＥ Ｔ−セファロスポリンと呼ぶ。 蛍光共鳴エネルギー転移は１０−１００Åの領域で効率が良いので、タンパク 質及びペプチド中の分子距離の測定のための分光学的尺度として用いられてきた 。このエネルギー転移は、供与体と受容体との間の距離の−６乗に比例する。こ の効率が高ければ高いほど、供与体の発光と受容体の吸光度が重複し、供与体の 蛍光寿命（受容体がない場合）が長くなる。ＦＲＥＴは１０−２０Åの距離で極 めて効率が良い。 セファロスポリンでは、もしも７−位と３−位で２つの最少スペーサーを含む ものとすると、供与体と受容体の結合距離は１０Å以上であり、最少１０結合長 である。正しい供与体−受容体ペアを選択した場合には、この距離でＦＲＥＴは 極めて効率が良い。便宜的には、ＦＲＥＴ−セファロスポリンでは、７−アミン を結合した染料はセファロスポリン切断の極性加水分解産物と結合したままで細 胞質内にとどまる。いくつかの場合においては受容体がこの位置を占めることが あるが、この位置は供与体蛍光団が占めるのが最もよい。切断時には、消光体染 料を失うために蛍光が増加する。 受容体蛍光団は一般に、求核攻撃に対して基質の最大安定性を与えるようなリ ンカーで結合される。好ましいリンカーはチオエーテル結合（−Ｓ−）であり、 これは極めて安定であり、その誘導効果のためにβ−ラクタム環の求核体に対す る反応性を減少する（Page，M.I.，Adv．Phys．Org．Chem．23:165-270，1987） 。さらに、加水分解時に放出される遊離のチオール又はチオレート基は結合した 蛍光団をしばしば消光し、加水分解時における蛍光に所望の大きな変化を加える 。 本発明の蛍光原性基質は細胞外では最初無色で非蛍光性である。この基質は細 胞膜を容易に通過して細胞質に入り、そこで内在性非特異的エステラーゼによっ て蛍光化合物に変換され、そしてその電荷によって細胞質内に捕捉されるように 設計される。完全な分子中では、蛍光エネルギー転移が起こり、基質が励起され たときに特定波長で蛍光性となる。β−ラクタム環のラクタマーゼ切断の後、蛍 光エネルギー転移の消失とともに蛍光部分の放出が起こる。修飾基質の励起によ って異なる波長で蛍光が生じる。 本発明のアッセイシステムはさらに、リポーター遺伝子を含み、トランスフェ クションが意図した所望の性質（例えばトランスフェクトされたレセプターの活 性化後の、高い比率の単離細胞からの高いシグナル−対−ノイズ比での蛍光シグ ナル応答）をもつ安定にトランスフェクトされた細胞系を単離し、クローン選択 するための有利で迅速な方法を提供する。最初の集団から安定にトランスフェク トされ遺伝的に操作された細胞をクローン選択するための現在の方法は主として 、コロニーのレプリカプレーティング、１組のコロニーの試験、好ましいクロー ンの目視選択、好ましいクローンレプリカのピペッティングによる手動単離、及 び長期間の細胞培養によって行われている。これらの方法は手間がかかり、時間 も消費するものであり、薬剤スクリーニングに適したアッセイに使用できるクロ ーンの作成に数カ月を要することもある。さらに、数百以上のクローンを手動法 で選択して維持することは困難である。本発明のアッセイを用いることにより、 細胞性β−ラクタマーゼリポーターシステムからの所望のシグナルを生細胞及び 生存可能細胞内に維持できる。単細胞をアッセイして次の操作のために生存可能 なまま維持できるので、コロニーのレプリカプレーティングは不要である。従っ て、最初にトランスフェクトした細胞の集団から、蛍光活性化されたセルソータ ー、 例えば Becton Dickinson FACS Vantage^TMなどの自動装置を用いて、最良の蛍光 シグナルをもついくつかの個々の生細胞を容易に選択することができる。選択し た細胞を回収して培養、増殖し、アッセイ及び薬剤スクリーニングのための所望 の性質をもつクローン化細胞系を作製する。 当業者には明らかなように、本発明の新規な基質と適当なβ−ラクタマーゼと の組み合わせは、種々の広範なアッセイシステムに使用できる（例えば、米国特 許第４，７４０，４５９号に記載のもの）。特に、本発明の蛍光原性基質は広範 な生物学的に重要な環境、例えばヒト血清、細胞の細胞質及び細胞内コンパート メント、におけるβ−ラクタマーゼ活性の検出を可能にし、これによってペリプ ラズムに存在するβ−ラクタマーゼや分泌されたβ−ラクタマーゼの測定が可能 となる。 さらに、標的タンパク質をコードする遺伝子をβ−ラクタマーゼ遺伝子と融合 し、β−ラクタマーゼの所在位置を免疫染色及び蛍光又は電子顕微鏡で検出する ことによってあらゆる標的タンパク質の発現を検出することができる。例えば、 β−ラクタマーゼ融合タンパク質を本発明の基質を用いて細胞小器官の管腔中で 検出できる。すなわち、融合タンパク質を含む細胞下コンパートメントのみが、 切断された基質に特徴的な波長で蛍光を発し、一方その他の全ての部分は完全な 分子に特徴的な波長で蛍光を発する。 完全な基質及び切断された基質はいずれも冷却（chilling）などの特別な処置 を行わなくても細胞内によく維持される。色の変化（たとえそれが小さな個々の 哺乳動物細胞中での変化であっても）は通常のカラー画像又は写真フィルムを用 いる蛍光顕微鏡によって目視でき、蛍光シグナルは定量でき、さらに慣用のディ ジタル画像処理法によって増強できる。さらに、遺伝子の活性化はシグナル強度 の変化によってというよりは、色の変化又は異なる波長における２つの強度の比 の変化によってむしろ検出されるので、本発明のアッセイは、変動的な細胞の漏 れやすさ、基質の量、発光強度、検出の絶対感度及び染料の退色（bleaching） などの多くの人工的要因に対して比較的影響されない。 種々の基質（例えば、一般式１７、２２及び２５の化合物）を調製し、その発 光スペクトルをβ−ラクタマーゼによる切断の前後で測定した。これらの基質は 血清及び細胞性タンパク質と強く結合するので、まずin vitroでのβ−ラクタマ ーゼ検出ができる。その疎水性のため、蛍光団がスタッキングし、このため完全 な基質中で蛍光が消失する。β−ラクタマーゼは基質を切断し、スタッキングを 軽減し、蛍光を発生させる。セファロスポリン上に供与体と受容体蛍光団のため の逆転された位置をもつ化合物（例えば、化合物１１、実施例１）は、同様の蛍 光挙動を示す。 本発明の好ましい１つの態様では、一般式１の化合物を一般式２の化合物とカ ップリングして一般式３の化合物を製造する。次に市販の化合物４をジシクロヘ キシルカルボジイミドを用いて化合物３とカップリングさせ、生成物を化合物５ と反応させて一般式６の化合物を得る。化合物６を脱保護して一般式７の化合物 を製造する。例示的な態様では、Ａｃｙｌはアセチルであり、Ｒ^xはＭｅであり 、そしてＲ^yはＨである（ａ）か、あるいはＡｃｙｌはブチリルであり、Ｒ^xはＨ であり、そしてＲ^yはＣｌであり（ｂ）；そしてＲ^zはトリメチルシリル又はベン ジルであった。 一般式６の化合物を修飾して膜透過性誘導体を得て、これを内在性非特異的エ ステラーゼの作用によって完全な細胞中で一般式７の対応する蛍光性化合物に変 換した。これらの分子では、７−ヒドロキシクマリン部分からフルオレセイン部 分へと蛍光共鳴エネルギー転移が起きており、化合物を約４００ｎｍで励起する と、緑蛍光を発する。β−ラクタム環の切断後、７−ヒドロキシクマリン部分を 励起すると青蛍光になり；例示的態様では、約４５０ｎｍでは蛍光が２５倍増加 し、５１５ｎｍでは蛍光が３〜４倍減少した。遺伝子発現のモニター 本発明の基質は、一組の発現制御配列からの発現をモニターするためのリポー ター遺伝子としてβ−ラクタマーゼを使用することを可能にする。ある面におい ては、本発明は、リポーター遺伝子としてβ−ラクタマーゼを用いることによっ て一組の発現制御配列からの遺伝子発現をモニターする方法を提供する。β−ラ クタマーゼの発現をコードする核酸配列と機能的に結合した発現制御配列を含む 組換え核酸分子でトランスフェクトした細胞を提供する。組換え核酸 本明細書では、「核酸分子」という語はＤＮＡ及びＲＮＡ分子の両方を含む。 核酸分子がＤＮＡ配列をもつというときには、これは「Ｕ」を「Ｔ」で置換した 対応のＲＮＡ配列をもつＲＮＡ分子も含むことが理解できよう。「組換え核酸分 子」という語は、天然ではない核酸分子、及び天然では結合されない２つのヌク レオチド配列を含む核酸分子をいう。組換え核酸分子は人口の組み合わせ、例え ば遺伝子操作法又は化学合成によって作製される。 β−ラクタマーゼをコードする核酸は当業者に公知の方法、例えば、図１中の ＤＮＡ配列に基づくプライマーを用いるｃＤＮＡのポリメラーゼチェインリアク ションによって得ることができる。ＰＣＲ法は例えば、米国特許第４，６８３， １９５号；Mullis et al，Cold Spring Horbor Symp．Quant．Biol．51:263，19 87; 及びErlich，編集、PCR Technology，Stockton Press，NY，1989に記載され ている。 発現ベクターの構築と、トランスフェクト細胞中での遺伝子の発現には同じく 当業者に公知の分子クローニング法の使用を含む。Sambrook et al.，Molecular Cloning--- A Laboratory Manual，Cold Spring Harbor Laboratory，Cold Spri ng Harbor，NY，1989及び Current Protocols in Molecular Biology，F.M．Aus ubel et al.編集、[Current ProtocolsはGreen Publishing Associtates Inc.と John Wiley & Sons，Inc.のジョイントベンチャー(最新の補充板)]。 関心のあるポリペプチドの発現をコードする配列で細胞をトランスフェクトす るのに用いる核酸は一般に、前記ポリペプチドの発現をコードする核酸配列と機 能的に結合させた発現制御配列を含む発現ベクターの形で行う。本明細書では、 ポリペプチドの「発現をコードする」核酸配列という語は、ｍＲＮＡの転写と翻 訳によって前記ポリペプチドを生産する配列をいう。当業者であれば誰でも理解 できるように、これには同じアミノ酸配列をコードする全ての縮重核酸配列を含 む。これにはイントロンなどを含む配列を含むことができる。本明細書では、「 発現制御配列」という語は、これと機能的に結合している核酸配列の発現を制御 する核酸配列をいう。発現制御配列が核酸配列の転写と翻訳をコントロールし制 御するときに、発現制御配列は核酸配列と「機能的に結合」される。従って、発 現制御配列には、適当なプロモーター、エンハンサー、転写ターミネーター、タ ンパク質コーディング遺伝子の前のスタートコドン（すなわちＡＴＧ）、イント ロンのためのスプライシングシグナル、ｍＲＮＡの正しい翻訳ができるような遺 伝子の正しい読み枠の維持、ならびにストップコドンを含むことができる。 組換え核酸は、組換え核酸と機能的に結合した発現制御配列を含む発現ベクタ ー中に導入することができる。発現ベクターは、適当なプロモーター、複製配列 、マーカーなどを含めることによって原核又は真核細胞中で作用するように適合 させることができる。 細胞をトランスフェクトするのに用いる組換え核酸は、β−ラクタマーゼをコ ードするヌクレオチド配列と機能的に結合した発現制御配列を含む。コードされ るβ−ラクタマーゼは当業者に公知であるか、又は本明細書に記載のあらゆるも のであってよい。これには例えば図７に示す酵素を含む。 本発明は、細胞質ゾルβ−ラクタマーゼの発現をコードするヌクレオチド配列 と機能的に結合した非哺乳動物真核細胞中で作用するように適合させた発現制御 配列を含む新規な組換え核酸分子を提供する。本明細書では、「細胞質ゾルβ− ラクタマーゼ」とは、細胞膜からの分泌のためのアミノ酸配列、例えばシグナル 配列を欠失するβ−ラクタマーゼをいう。例えば、図７に示す配列１のポリペプ チドでは、シグナル配列がアミノ酸Ｍｅｔ−Ｓｅｒで置換されている。従って、 発現時にこのβ−ラクタマーゼは細胞内に留まる。 本発明は、β−ラクタマーゼの発現をコードするヌクレオチド配列と機能的に 結合した哺乳動物真核細胞中で作用するように適合させた発現制御配列を含む組 換え核酸分子を提供する。 さらに、リボソーム結合部位とβ−ラクタマーゼの発現をコードするヌクレオ チド配列が哺乳動物細胞に好適な配列を含むことが好ましい。このような配列は 哺乳動物細胞中でのβ−ラクタマーゼの発現を向上させる。哺乳動物細胞中での 発現に好ましい配列は、例えば、Kozak，M．J．Cell Biol．108:229-241，1989 に記載されており、本明細書ではこれを「Ｋｏｚａｋ配列」と呼ぶ。図７の配列 ３中の細胞質ゾルβ−ラクタマーゼのためのヌクレオチド配列はヌクレオチド− ９〜４にＫｏｚａｋ配列（ＧＧＴＡＣＣＡＣＣＡＴＧＡ）を含む。 哺乳動物細胞で用いるとき、発現制御配列は哺乳動物細胞中で作用するように 適合されている。本発明の方法はあらゆる発現制御配列のセットからの発現を試 験するのに有用である。特に、本発明は誘導可能な発現制御配列からの発現を試 験するのに有用である。本明細書では、「誘導可能な発現制御配列」とは、それ が機能的に結合される配列の発現を増加又は減少することによる生化学的シグナ ルに応答する発現制御配列をいう。例えば、ステロイドホルモンによって誘導さ れる遺伝子の場合、発現制御配列にはホルモン応答エレメントを含む。ステロイ ドホルモンレセプターが応答エレメントと結合すると、これらの発現制御配列と 機能的に結合した遺伝子の転写を誘導する。多くの遺伝子及び誘導可能な遺伝子 のための発現制御配列が単離され、当業者に公知である。本発明はまた、構成的 に活性な発現制御配列にも有用である。 トランスフェクトした細胞を、発現制御配列からのβ−ラクタマーゼの発現を 試験する条件下でインキュベートする。細胞又は細胞抽出物を本発明のβ−ラク タマーゼ基質と、選択した試験条件下に、及び発現したあらゆるβ−ラクタマー ゼによる基質の触媒を可能にする時間、接触させる。次にこの試料からの供与体 部分を適当な紫外又は可視波長で励起する。試料中の蛍光共鳴エネルギー転移の 程度を測定する。 もしも細胞がβ−ラクタマーゼを発現しなかった場合には、基質はほとんど切 断されず、細胞中のＦＲＥＴ効率は高く、そして細胞又はこれに由来する試料の 蛍光特性はこの効率を反映するであろう。もしも細胞が大量のβ−ラクタマーゼ を発現した場合には、ほとんどの基質が切断される。この場合には、ＦＲＥＴ効 率は低く、タンデムな蛍光タンパク質構築体の合成率と比較して切断酵素が大量 に存在すること又はその効率が高いことを反映する。ある面では、この方法は、 どちらがより高い又は低い酵素活性をもつかを同定するために突然変異体を比較 するのに使用できる。このような細胞は蛍光に基づいて蛍光セルソーターでソー ティングすることができる。 また、細胞シグナル伝達又は活性化のアゴニスト、逆アゴニスト又はアンタゴ ニストとして作用する有力な薬剤候補を同定するために、試料又は試料プール（ コンビナトリアルの又は合成の化合物、天然産物抽出物、又は海洋動物抽出物） をスクリーニングするためのリポーター遺伝子細胞に基づくアッセイを用いる分 野の当業者には明らかなように、異なる制御エレメント／プロモーターの制御下 にβ−ラクタマーゼを発現するように遺伝子操作された細胞（好ましくは哺乳動 物細胞）と、本発明の新規なβ−ラクタマーゼ基質化合物の使用とを組み合わせ ることは、既知のリポーター遺伝子（クロラムフェニコールアセチルトランスフ ェラーゼ、Ｖａｒｇｕｌａルシフェラーゼ、エクオリン、β−ガラクトシダーゼ 、アルカリホスファターゼを含むが、これに限定されない）ならびにその必要な 基質に対して顕著な利点をもたらすであろう。 β−ラクタマーゼの発現を制御するための適当な制御エレメント及びプロモー ターを選択することによって、細胞内ホルモンレセプターの機能的応答を喚起又 は阻害する試験物質の能力を検出又は測定するためのアッセイを構築することが できる。これには、デキサメタゾン（J．Steroid Biochem．Molec．Biol．Vol.4 9，No.1，1994，pp.31-31）、グルココルチコイド、及び甲状腺ホルモンレセプ ター（米国特許第５，０７１，７７３号に記載するようなもの）を含むミネラル コルチコステロイドによって応答性ないしは誘導可能な発現制御配列を含む。こ のような細胞内レセプターにはさらに、レチノイド、ビタミンＤ３及びビタミン Ａを含む（Leukemia Vol.8，Suppl．3，1994，pp.S1-S10; Nature，Vol.374，19 95，pp.118-119; Seminars in Cell Biol.，Vol.5，1994，pp.95-103）。適当な プロモーター／エンハンサーエレメントを用いることによって特異性がでてくる 。さらに、その他の制御エレメント又は特定プロモーターを選択することによっ て、特定遺伝子の発現に影響を及ぼす薬剤を同定できる。このような薬剤は、キ ナーゼ、転写因子、又はシグナル伝達体及び転写活性化剤などの分子のような特 定シグナル伝達分子に作用することができる（Science Vol.264，1994，p.1415- 1421; Mol．Cell Biol.，Vol.16，1996，p.369-375）。有力な薬剤標的である特 定の微生物又はウイルスプロモーターもこのような試験系でアッセイすることが できる。 さらに、β−ラクタマーゼの発現を制御するための、ｃ−ｆｏｓ又はｃ−ｊｕ ｎなどのプロモーター（米国特許第５，４３６，１２８号；Proc．Natl．Acad． Sci．Vol.88，1991，pp.5665-5669）又は第２メッセンジャーに応答性の調節エ レメント（Oncogene，6:745-751，1991）［環状ＡＭＰ応答性エレメント、フォ ルボールエステル応答性エレメント（プロテインキナーゼＣ活性化に応答性）、 血清応答性エレメント（プロテインキナーゼＣ依存性又は非依存性経路に応答性 ）及び活性化Ｔ細胞の核因子応答性エレメント（カルシウムに応答性）を含む］ を含むプロモーター構築体を選択することによって、以下のクラスを含む（ただ しこれに限定されない）細胞表面レセプターを調節する物質又は物質の混合物を 検出又は測定するためのアッセイを構築することができる：エリスロポエチン、 成長ホルモン、インターフェロン、及びインターロイキン（ＩＬ−８以外）及び コロニー刺激因子などのサイトカインスーパーファミリーのレセプター；ホルモ ンのためのＧ−タンパク質結合レセプター（米国特許第５，４３６，１２８号） 、例えばカルシトニン、エピネフリン又はガストリン、パンクリン又は自己分泌 媒介体、例えばソマトスタチン又はプロスタグランジン、及び神経伝達物質、例 えばノルエピネフリン、ドーパミン、セロトニン又はアセチルコリン；チロシン キナーゼレセプター、例えばインスリン成長因子、神経成長因子（米国特許第５ ，４３６，１２８号）。さらに、電位依存性又はリガンド依存性 のイオンチャンネルの活性を調節する物質（その調節が第２メッセンジャー、特 にカルシウムの細胞濃度を変更する）（米国特許第５，４３６，１２８号）を同 定するためのアッセイを構築することができる。関心のあるプロモーター、レセ プター又はイオンチャンネルを本質的に発現する細胞、又はその中で適当なタン パク質が遺伝的に操作されている細胞を用いてアッセイを構築することができる 。 発現制御配列も、細胞表面レセプターを調節する物質、又は細胞内レセプター を調節する物質に応答性のものでありうる。 ある物質又は物質の混合物が細胞外又は細胞内レセプターあるいはその他の細 胞応答を活性化するか否かを測定するためには、所望のプロモーター／エンハン サーエレメントによって制御されたβ−ラクタマーゼを含む細胞を試験物質とと もにインキュベートし、次いで基質を加えて、一定時間後に本発明の選択した化 合物にとって適当な１または２の励起−発光ペアで蛍光シグナルを測定する（例 えば、化合物ＣＣＦ２を４０５ｎｍ近くと４５０ｎｍ近く、及び４０５ｎｍと５ １０ｎｍ近くの波長ペアで）。この得られた蛍光を、薬剤処理をしなかった対照 試料と、そして可能な場合には既知の阻害剤又は既知の活性化剤を含む対照試料 と比較する。試験ウエル中に見られる蛍光シグナルと、薬剤処理をしないウエル 中に見られるシグナルとの比を用いて、活性薬剤の効果を決定する。９６又はそ れ以上のウエルを含むマイクロタイタープレート中のウエルで、あるいはゲルマ トリックスや湿潤膜環境などの区切られていないアッセイ系でアッセイを行うこ とができる。検出は、Millipore Cytofluorなどのマイクロタイタープレート蛍 光分析器、あるいはAstromedから市販されている１又はそれ以上のウエル、ある いは一定表面積中の１又はそれ以上のアッセイ点を分析できる画像装置によって 行うことができる。生細胞の細胞質中に基質を保持する能力は、アッセイ媒質中 の着色物質又は消光物質からのシグナル干渉を減少するので有利である。さらに 、ＣＣＦ２などの本発明の化合物からの蛍光シグナルは単細胞中でも容易に検出 でき、従ってアッセイの小型化ができ、表面積当たりの試験数を増加できる。ア ッセイの小型化によって画像領域中の試料数が増加するので画像検出システムの 処理数が増加する。 本発明のアッセイシステムはまた、リポーター遺伝子を含み、トランスフェク ションが意図した所望の性質、例えば、トランスフェクトしたレセプターの活性 化後の、単離した細胞の高い割合からの少なくとも１０：１の高いシグナル−対 −ノイズ比での蛍光シグナル応答、をもつ安定に形質転換された細胞系を単離し クローン選択する有利で迅速な方法を提供する。関心のあるベクターで最初にト ランスフェクトした集団から満足のいくようにトランスフェクトされ遺伝子操作 された細胞をクローン選択する現在の方法は、主として手動法であり、何回もの 顕微鏡分析、目視による好ましいクローンの選択、手動ピペッティング段階によ るクローンの単離、及び長期間の細胞培養工程を含む。これらの工程は手間がか かり、時間を消費するものであり、薬剤スクリーニングに適したアッセイに使用 できるクローンの作製に数カ月を要することもある。また、数百以上のクローン を手動法で選択し維持するのは困難である。本発明のアッセイを用いると、細胞 性β−ラクタマーゼリポーターシステムからの所望のシグナルを生細胞及び生存 可能細胞中に維持することができる。従って、最初にトランスフェクトした細胞 集団から、Becton Dickinson FACS Vantageなどの蛍光活性化セルソーターのよ うな自動装置を用いて、最良の蛍光シグナルをもついくつかの生細胞を迅速に選 択できる。選択した細胞を回収して培養、増殖して、アッセイ及び薬剤スクリー ニングのための所望の性質をもつクローン化細胞系を作製する。 さらに、β−ラクタム抗生物質に対する細菌耐性の存在（例えば、ヒト血清、 膿、又は尿中の）を本発明の基質を用いて容易に検出できる。活性β−ラクタマ ーゼが存在するときのみ、完全な分子の蛍光スペクトルから切断産物に特徴的な 蛍光スペクトルへの変化がある。本発明の基質がヒト血清に対して安定であると いう点において、本発明の基質は従来の色原性基質であるＮｉｔｒｏｃｅｐｈｉ ｎやＰＡＤＡＣよりも優れている。この新規な基質は、ヒト血清からの光学バッ クグラウンドがはるかに小さく、また蛍光対吸光度の検出限界が低いので、色原 性基質ＣＥＮＴＡよりも感受性でもある。 本発明は以下の実施例を参照することによりさらに良く理解されるであろうが 、実施例は説明の目的のみを意図しており、付属の請求の範囲に規定する本発明 の範囲を限定するものと解してはならない。測定 ＦＲＥＴの程度は励起した構築体に特徴的な全てのスペクトル又は蛍光寿命に よって測定でき、例えば、供与体からの蛍光シグナル強度、受容体からの蛍光シ グナル強度、受容体の発光最大値近辺の蛍光振幅（amplitude）の、供与体の発 光最大値近辺の蛍光振幅に対する比、又は供与体の励起状態寿命を測定すること ができる。例えば、リンカーの切断は供与体からの蛍光強度を増加し、受容体か らの蛍光強度を減少し、受容体からの蛍光振幅の供与体からの蛍光振幅に対する 比を減少し、そして供与体の励起状態寿命を増加する。 好ましくは、ＦＲＥＴの程度は、供与体部分と受容体部分からの蛍光量の比の 変化の関数として決定し、このプロセスを「比率化（rationing）」と呼ぶ。励 起波長における試料中の基質の絶対量、励起強度、及び濁度又はその他のバック グラウンド吸光度の変化は、供与体及び受容体双方からの蛍光強度に対してほぼ 平行に影響する。従って、２つの発光強度の比は、いずれか一方の強度だけを用 いるよりも切断をより強力にかつ好ましく測定できる。 同様に、供与体部分の励起状態寿命は、基質の絶対量、励起強度、又は濁度又 はその他のバックグラウンド吸光度とは独立である。これを測定するには、ナノ 秒の時間解像をもつ装置が必要である。ただし、ランタン系複合体の場合は例外 であり、この場合にはミクロ秒からミリ秒で十分である。 Ｃｈｅｌ部分として好適な別の成分が以下の文献に記載されている：Vallarin o，L.M．& Leif，R.C.，米国特許第5,373,093号; Sabbatini，N．et al.，Pure and Applied Chem．67:135-140，1995; Mathis，G.，Clinical Chem．41:1391-1 397，1995; Horiguchi，D.，Chem．Pharm．Bull．42:972-975，1994; Takalo，H ．et al.，Bioconjugate Chem．5:278-282，1994; Saha，A.K．et al.，J．Amer ．Chem．Soc．115:11032，1993; Li，M．& Selvin，P.R.，J．Amer．Chem．Soc ．117:8132-8138，1995。 試料中の蛍光は蛍光分析器を用いて測定される。一般に、第１波長をもつ励起 源からの励起放射は励起光学系を通過する。励起光学系は試料を励起するための 励起放射を引き起こす。これに応答して、試料中の蛍光性タンパク質が、励起波 長とは異なる波長をもつ放射を発する。次に回収光学系が試料からの発光を回収 する。装置にはスキャニング中に試料を特定温度に維持するための温度コントロ ーラーを含んでいてよい。ある態様によると、個々のウエルを暴露用に位置付け するために、複数のウエルを保持するマイクロタイタープレートを多軸移動ステ ージ（multi-axis translation stage）で移動する。多軸移動ステージ、温度コ ントローラー、自動焦点機能、ならびに画像処理及びデータ回収に関連するエレ クトロニクスは、適切にプログラムされたディジタルコンピューターで操作でき る。コンピューターはアッセイで回収したデータを提示用の別のフォーマットに 変換することもできる。 蛍光性物質のアッセイを行う方法は当業者に公知であり、例えば以下の文献に 記載されている：Lakowicz，J.R.，Principles of Fluorescence Spectroscopy ，New York: Plenum Press，1983; Herman，B.，Resonance energy transfer mi croscopy: Fluorescence Microscopy of Living Cells in Cuture，Part B，Met hods in Cell Biology，Vol.30,編集、Taylor，D.L．& Wang，Y.-L，San Diego: Academic Press，1989，pp.219-243; Turro，N.J.，Modern Molecular Photoch emistry，Menlo Park: Benjamin/Cummings Publishing Col，Inc.，1978，pp.29 6-361。実施例 シリカゲルクロマトグラフィーは全て、Aldrich から購入したシリカゲル（Me rck，グレード 60 、230 〜 400メッシュ、60Å）を使用して行った。Ｃ₁₈逆相 クロマトグラフィーには、J．T．Baker 製の Bakerbond Octadecylを使用した。 溶媒（高圧液体クロマトグラフィー級）は、クロマトグラフィーにはそのまま使 用し、また、合成の目的に対しては活性分子ふるい（３Å）上で脱水して使用し た。 蛍光励起および発光スペクトルは、Spex Fluorolog 111または K2 フルオロメ ーター(ISS，Champaigne，IL)のいずれかにより、ローダミンＢ量子計数器を用 いて比の形で測定した。蛍光エネルギー転移の効率は、β−ラクタマーゼで処理 したときの供与体発光波長での総蛍光発光の変化から求めた。蛍光顕微鏡で像を 作るために、２種類の結像機構を使用した。一方は、倒立蛍光顕微鏡の Zeiss I M-35(Thornwood，NY)をシリコン増感標的（ＳＩＴ）カメラ(Dage-MTI，Michigan City，IN)に連結したもので、文献に詳細に記載されている[Tsien，R.Y.（1986 ）「細胞質ゾルの遊離カルシウム濃度の蛍光測定および光化学操作のための新規 テトラカルボキシレートキレート剤」Optical Methods in Cell Physiology，de Weer，P．& Salzberg，B．編、New York: Wiley，pp.327-345; Tsien および Harootunian（1990）Cell Calcium 11:93-109]。他方は、低温電荷結合装置（Ｃ ＣＤ）カメラ（Photometrics，Tucson，AZ）が倒立蛍光顕微鏡（Zeiss Axiovert ）に連結したものから成る。 蛍光共鳴エネルギー転移は、市販のフィルター(Omega Optical)を使用して供 与体および受容体発光波長における蛍光強度の比をモニターすることにより求め た。 励起：360 DF 40、二色性鏡 390 DCLP または 405 DF 15、二色性鏡 420 DRLPO2 発光：450 DF 65（供与体の発光） 515 EFLP（受容体の発光） 435 EFLP（供与体および受容体の蛍光を同時に調べる）実施例１ （化合物１１） ２個の染料分子が結合したセファロスポリンの光学特性を試験するために、下 記のモデル化合物を合成した。 最初の合成工程は、７−アミノセファロスポラン酸を３’位のチオールおよび ７−アミンを有する二官能性セファロスポリンに変換するものであった［Van He yningen，E．および Brown，C.N.，J．Med．Chem．8:174-181(1965); 特開昭 50 -18494，CA 85，97320d］。このセファロスポリンは次いで、チオール−反応性 染料、次いでアミン−反応性染料と選択的に反応させる。チオール−反応性染料 の５，（６）−ヨードアセトアミド−フルオレセインおよびアミン−反応性染料 の５，（６）−カルボキシ−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルローダミン−ス クシンイミドを水性ジメチルホルムアミド（ｐＨ８）中でセファロスポリンに結 合させた。その生成物をＲＣＦと言う。 ｐＨ７のリン酸塩緩衝液中では、ＲＣＦは本質的に非蛍光性であり、フルオレ セインもローダミンも各々の最大励起で励起されると、あまり蛍光を示さない。 これは、発色団の重なり（「暗複合体(dark compex)」）を示す。β−ラクタマ ーゼで長く処理すると、β−ラクタムは切断され、両方の染料の蛍光が再び出現 する（図１（ａ）および１（ｂ））。この実験から、適切な供与体−受容体の組 み合わせの使用による蛍光消光の低下により、セファロスポリン中のβ−ラクタ ムのβ−ラクタマーゼ触媒による加水分解を測定することができることが確認さ れる。実施例２ チオメチルリンカーの導入は、ジアゾ化による５−フルオレセインアミンの５ −メルカプトフルオレセインへの変換、エチルキサンテートへの変換、および酸 水溶液によるキサンテートの遊離スルフヒドリルへの分解によって行った。それ を、フルオレセインのメルカプト基による臭化物の求核置換により７−ブロモア セトアミド−セファロスポラン酸に結合した。７−ブロモアセトアミド−セファ ロスポラン酸は、７−アミノセファロスポラン酸および臭化ブロモアセチルから 合成した［Bunnell，C.A．ら、「セファロスポリンの工業的製造」 Beta-tactam Antibiotics for Clinical Use，Series: Clinical Pharmacology Vol．4，Que ener，S.F.，Webber，J.A．および Queener，S.W．編、New York: M．Dekker，1 986，p.255-283］。 ７β−〔（５−ジアセチルフルオレセイン）チオ〕アセトアミド−３−（アセ トキシメチル）−３−セフェム−４−カルボン酸（１４）を合成するために、窒 素雰囲気下で、130 mg（0.29ミリモル）の５−フルオレセインチオール二酢酸塩 を 10 mlのジメチルホルムアミドに溶解し、ｐＨ 8.0に調整した 10 mlの 1M リ ン酸カリウム緩衝液中の 120 mg（0.31 ミリモル）の７β−ブロモアセトアミド −３−（アセトキシメチル）−３−セフェム−４−カルボン酸に添加した。その 溶液を室温で８時間攪拌した後、溶媒を減圧除去した。残渣を 10 mlの水に溶解 し、溶液のｐＨを注意深く希リン酸で５に調整した。この時点で非極性の副生物 が沈殿し、遠心分離によって除去した。さらにｐＨ 2.7まで酸性化すると、標記 化合物が沈殿し、これは、遠心分離により採取して、２mlのジエチルエーテル− テトラクロロメタン（１：２）で３回洗浄し、減圧脱水した。¹ＨＮＭＲ（ＣＤ Ｃｌ₃）：δ 2.08 ppm（ｓ，３Ｈ，酢酸塩）、δ 3.36 ppm 、3.53 ppm（２ｄ， ２Ｈ，Ｊ＝17.3 Hz，Ｃ−２）、δ 3.87 ppm（ｓ，２Ｈ，側鎖メチレン）、δ 4 .88 ppm 、5.16 ppm（２ｄ，２Ｈ，Ｊ＝13.6 Hz，Ｃ−３’）、δ 4.96 ppm（ｄ ，１Ｈ，Ｊ＝4.9 Hz，Ｃ−６）、δ 5.81 ppm（ｄｄ，１Ｈ，Ｊ₁＝8.2 Hz，Ｊ₂ ＝4.9 Hz，Ｃ−７）、δ 6.85 ppm（ｍ，４Ｈ，キサンテン）、δ 7.10 ppm（ｓ ，２Ｈ，キサンテン）、δ 7.15 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝8.2 Hz，アミド）、δ 7. 69 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝8.2 Hz，フタル酸）、δ 7.91 ppm（d，１Ｈ，Ｊ＝8.2 Hz，フタル酸）、δ 8.11 ppm（ｓ，１Ｈ，フタル酸） ５−フルオレセインアミンを臭素化して５−エオシンアミンを生じ、これを、 ５−メルカプトフルオレセインへの場合と同様にして５−メルカプトエオシンに 変換した。５−メルカプトエオシン二酢酸塩によるセファロスポリン酢酸塩の求 核置換では、ＦＲＥＴ−セファロスポリンが、保護されたテトラアセチル誘導体 として生じた。 ５−エオシンアミンを合成するために、1.74 g（5 ミリモル）の５−フルオレ セインアミンを 30 mlの氷酢酸に懸濁し、2.06 ml（40ミリモル、100 % 過剰） の臭素を添加した。臭素を添加すると、フルオレセインアミンは溶解した。その 溶液を 90 ℃で６時間加熱し、その間に白色沈殿物が生成し始めた。フラスコに 取り付けた氷冷トラップにより、臭素が大気中に逃げないようにした。次いで、 過剰の臭素を蒸留により液体窒素冷却採集フラスコに回収した。１体積の水を酢 酸溶液に添加して、溶液に残っている物質を沈殿させた。その沈殿を濾取し、１ N 水酸化ナトリウム水溶液に溶解した。氷酢酸の添加により、５−エオシンアミ ンを遊離アミンとして沈殿させた。エオシンアミンをほんの少しのクロロホルム に溶解し、メタノールを添加した。この溶液をロータリーエバポレーターにより 濃縮すると、2.56 g（3.85ミリモル、77 %）のエオシンアミンが白色微粉末とし て得られた（エオシンアミン−スピロラクトン）。 ５−エオシン−エチルキサンテート二酢酸塩を合成するために、670 mg（1 ミ リモル）の５−エオシンアミンを２ml の濃硫酸および２ml の氷酢酸中で攪拌し た。懸濁物を氷−塩を入れた浴槽により、０℃より２、３度低い温度に冷却する と、攪拌が困難な濃厚なペースト状に変わった。水1 mlに溶かした 200 mg（2.9 ミリモル）の硝酸ナトリウムを１時間にわたって滴下した。０℃においてさら に２時間経過後、20 gの氷をゆっくり添加した。フラスコを、冷却下で高真空ポ ンプに取り付け、過剰の窒素ガスを除去した（注意！）。氷冷した飽和重炭酸ナ トリウム水溶液を、固体が溶解して暗赤色の溶液になるまで添加した。200 mg（ 1.2 ミリモル）のエチルキサントゲン酸カリウムを添加すると、ピンク色の沈殿 が生じた（キサントゲン酸５−エオシンジアゾニウム）。塩化ニッケル（II）の 結晶少量を触媒として、窒素の発生とともにジアゾニウム塩を変換した。窒素の 発生が止むと、生成物を IN 塩酸で沈殿させた。その沈殿を濾取し、減圧脱水し た。40℃で１時間、無水酢酸−ピリジン（１：１）で処理した。試薬を減圧除去 した後、残渣を、酢酸エチル−ヘキサン（１：４）を溶離液としてシリカゲルク ロマトグラフィーにかけた。所望の物質が最初に溶出した。110 mg（0.13ミリモ ル、13 %）の標記化合物が白色粉末として得られた。 ５−エオシンチオール二酢酸塩のジスルフィド二量体（１５の二量体）を合成 するために、110 mg（0.13ミリモル）の５−エオシン−エチルキサンテート二酢 酸塩を 10 mlの濃（30 %）アンモニア水溶液中で攪拌し、その溶液を 70 ℃に加 熱した。その溶液に空気をゆっくり通し、チオールを酸化して in situでジスル フィドにした。２時間後、溶媒を 40 ℃でロータリーエバポレーターにより除去 し、残渣を無水酢酸−ピリジン（１：１）で処理した。試薬を減圧除去した後、 残渣を、酢酸エチル−ヘキサン（１：４）を溶離液としてシリカゲルクロマトグ ラフィーにかけた。90mg（60μモル、91 %）の標記物質が白色粉末として得られ た。その化合物を、酢酸ナトリウムおよび 20 当量のメルカプトエタノールを添 加してメタノールに溶解することにより、分解して単量体（１５）とした。２時 間後、メタノール溶液を３体積の５％酢酸水溶液に注入し、それによって沈殿し た５−フルオレセインチオール単量体を遠心分離により集めた。その固体を、メ ルカプトエタノールの臭いがなくなるまで水で洗浄した。 ジアセチル−５−エオシンチオール（１５）の７β−〔（５−ジアセチルフル オレセイン）チオ〕アセトアミド−３−（アセトキシメチル）−３−セフェム− ４−カルボン酸（１４）との結合およびアセチルエステラーゼによる脱アセチル 化は、次のように行った。10 mg（13 μモル）の７β−〔（５−ジアセチルフル オレセイン）チオ〕アセトアミド−３−（アセトキシメチル）−３−セフェム− ４−カルボン酸（１４）および10 mg（13 μモル）のジアセチル−５−エオシン チオールを 200μｌの無水アセトニトリルに溶解し、その溶液をアルゴン下でガ ラス管に封入した。その管を 84 ℃（±2 ℃）の油浴に 16 時間保持した。次い で、それを切り開き、溶液をフラスコに移して、溶媒を減圧除去した。残渣を酢 酸エチル−メタノール−酢酸(100:1:1)を溶離液としてシリカゲルフラッシュク ロマトグラフィーにかけた。酢酸塩の脱保護は、その物質を、37℃で 24 時間、 50 mM のリン酸塩緩衝液（ｐＨ７）中で橙皮アセチルエステラーゼとともにイン キュベートすることにより行った。脱アセチル化物質はＣ₁₈逆相クロマトグラフ ィーによって精製した。溶離液は、段階的勾配濃度の 25 mMリン酸塩水溶液緩衝 液（ｐＨ７）およびメタノールであった。フルオレセイン副生物が、その溶離液 の 33 % および 50 % メタノールで溶出し、その後、66 %メタノールで所望の物 質が溶出した。 脱保護された化合物は、リン酸塩緩衝液中では、２個の疎水性染料が重なって いるので、ほとんど蛍光を示さない。残りの蛍光は、蛍光共鳴エネルギー転移（ ＦＲＥＴ）による。この化合物は、ＲＴＥＭβ−ラクタマーゼの良好な基質であ り、ＦＣＥと言う。 前記化合物の切断により、515 nmでの蛍光が約 70 倍増加する（図２）。前記 化合物のこの蛍光特性は、メタノールを溶液に添加すると、ＦＲＥＴが著しく増 加するので、染料の二量体生成に起因すると考えられる。メタノールが、蛍光団 の重なりを引き起こす疎水的相互作用をこわす。実施例３ （化合物２２） ７−アミノセファロスポラン酸の３’−酢酸塩をエチルキサンテートで置換し ［Van Heyningen および Brown(1965)，前出］、それを、アセチルヒドラジン水 溶液で遊離スルフヒドリルに加水切断した[特開昭 50-18494，CA85，97320d]。 スルフヒドリル基をジメチルホルムアミド水溶液中で５−ブロモアセトアミド− ロドール−Ｘと反応させた。セファロスポリン−７−アミンをジオキサン水溶液 中で臭化ブロモアセチルと反応させた後、５−フルオレセインチオールにより臭 化物を置換すると、ＦＲＥＴ−セファロスポリンが得られ、これは、50 mM のリ ン酸塩緩衝液（ｐＨ７）中で本質的に非蛍光である。この化合物をＦＣＲＸと言 う。 ５−ロドール−Ｘ−ブロモアセトアミドの製造の第一工程は、９−（２’−カ ルボキシ−４’（５’）−ニトロベンゾイル）−８−ヒドロキシユロリジン(jul olidine)の合成およびそれらの異性体の分離であった。10.1 g（48ミリモル、92 %純度）の４−ニトロフタル酸無水物を 70 ℃で 20 mlのトルエンに溶解した。 20 ml の酢酸エチルに溶かした 9.76 g（50 ミリモル、97 %純度）の８−ヒドロ キシユロリジンを添加し、その溶液を 70 ℃で 30 分保持した。反応混合物を短 床シリカゲルに通した後、酢酸エチルで溶離した。溶媒を減圧除去し、その固体 を最少量の還流酢酸エチルに再溶解した。安息香酸に対してメタ位のニトロ基を 有する異性体は、一夜で溶液から結晶化し、橙色の結晶が得られる（3.47 g、第 一画分）。さらに分別結晶化を行うと、純粋な異性体が得られた。結晶化した異 性体の¹ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ₃）：δ 1.91 ppm（ｍ，４Ｈ，脂肪族メチレン）、 δ 2.73 ppm，2.46 ppm（２ｍ，４Ｈ，アニリンのメチレン）、δ 3.26 ppm（ｍ ，４Ｈ，ベンジルのメチレン）、δ 6.32 ppm（ｓ，１Ｈ，ユロリジン）、δ 7. 53 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝8.4 Hz，フタル酸）、δ 8.43 ppm（ｄｄ，Ｊ₁＝8.4 Hz ，Ｊ₂＝2.2 Hz，フタル酸）、δ 8.90 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝2.2 Hz，フタル酸） ５−ロドール−Ｘ−アミン塩酸塩（ローダミン−Ｘと同様に命名）を合成する ために、1.91 g（5.0 ミリモル）の９−（２’−カルボキシ−４’−ニトロ−ベ ンゾイル）−８−ヒドロキシユロリジンを５ml の濃（96 %）硫酸中で攪拌した 。700 mg（6.4 ミリモル、1.25当量）のレゾルシノールを 15 分かけて冷却しな がら添加した。その懸濁物を室温で 1.5時間攪拌した後、激しく攪拌しながら 2 00ml の水に注入した。紫色の沈殿物を濾取し、5.3 g（22 ミリモル）の亜硫酸 ナトリウム９水和物の助けによって水 75 mlに再溶解した。2.5 g（44.6 ミリモ ル）の無水重亜硫酸ナトリウムを添加し、その溶液を 24 時間還流した。次いで 、室温に冷却した後、生成物を氷酢酸の添加により沈殿させた。固体を濾取し、 100 mlの半飽和塩酸水溶液で煮沸した。溶液をガラス製フリットにより熱濾過し て硫黄を除去した。溶液の体積をロータリーエバポレーターにより 10 mlに減少 させた。１体積の飽和食塩水を添加し、沈殿を濾取した。還流塩酸からの結晶化 により、1.78 g（3.85ミリモル、77 %）の暗赤色結晶の５−ロドール−Ｘ−アミ ン塩酸塩が得られた。５−ニトロロドール−Ｘの¹ＨＮＭＲ（ｄＤＭＳＯ）：δ 1.90 ppm，2.05 ppm（２ｍ，４Ｈ，脂肪族メチレン）、δ 2.72 ppm，3.03 ppm （２ｍ，４Ｈ，アニリンのメチレン）、δ 3.66 ppm（ｍ，４Ｈ，ベンジルのメ チレン）、δ 6.90 ppm（ｓ，１Ｈ，キサンテン）、δ 6.96 ppm（ｄｄ，１Ｈ， Ｊ₁＝9.0 Hz，Ｊ₂＝2.1 Hz，キサンテン）、δ 7.11 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ−9.0 H z，キサンテン）、δ 7.22 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝2.1 Hz，キサンテン）、δ7.78 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝8.4 Hz，フタル酸）、δ 8.70 ppm（ｄｄ，１Ｈ，Ｊ₁＝8. 4 Hz，Ｊ₂＝2.4 Hz， フタル酸）、δ 8.91 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝2.4 Hz，フ タル酸）；５−ロドール−Ｘ−アミン塩酸塩の¹ＨＮＭＲ（ＣＤ₃ＯＤ）：δ 2.0 0 ppm，2.14 ppm（２ｍ，４Ｈ，脂肪族メチレン）、δ 2.75 ppm，3.11 ppm（２ ｍ，４Ｈ，アニリンのメチレン）、δ 3.67 ppm（ｍ，４Ｈ，ベンジルのメチレ ン）、δ 6.85 ppm（ｓ，１Ｈ，キサンテン）、δ 6.94 ppm（ｄｄ，１Ｈ，Ｊ₁ ＝9.0 Hz，Ｊ₂＝2.1 Hz，キサンテン）、δ 7.13 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ−9.0 Hz， キサンテン）、δ 7.16 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ−2.1 Hz，キサンテン）、δ 7.55 p pm（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝8.1 Hz，フタル酸）、δ 7.82 ppm（ｄｄ，１Ｈ，Ｊ₁−8.1 Hz，Ｊ₂＝1.9 Hz，フタル酸）、δ 8.28 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝1.9 Hz，フタル酸 ） ５−ロドール−Ｘ−ブロモアセトアミド（１８）の合成は、次のように行った 。115 mg（0.25ミリモル）の５−ロドール−Ｘ−アミン塩酸塩を 180 mg（2.1ミ リモル）の重炭酸ナトリウムとともに２ml の水−ジオキサン（１：１）に溶解 した。その溶液を氷冷し、175μl（２ミリモル）の臭化ブロモアセチルを 20 分 かけて攪拌しながら添加した。次いで、溶液を室温で 1.5時間保持した後、５体 積の水を添加した。ジオキサンをロータリーエバポレーターにより除去し、生成 物を酢酸の添加により残りの水溶液から沈殿させた。沈殿を濾別し、少量のクロ ロホルム−メタノール（１：１）に溶解した。シリカゲルを溶液に添加し、溶媒 を減圧除去した。固体をシリカゲルカラムに入れ、生成物をメタノール−酢酸エ チル（１：４）により溶離した。この溶離液はシリカゲルを若干溶解したので、 溶離された物質に残った。¹ＨＮＭＲ（ＣＤ₃ＯＤ、10% ｄＤＭＳＯ）：δ 1.98p pm，2.12 ppm（２ｍ，４Ｈ，脂肪族メチレン）、δ 2.72 ppm，3.06 ppm（２ｍ ，４Ｈ，アニリンのメチレン）、δ 3.56 ppm（ｍ，４Ｈ，ベンジルのメチレン ）、δ 4.08 ppm（ｓ，２Ｈ，ブロモアセチル）、δ 6.79 ppm（ｄｄ，１Ｈ， Ｊ₁＝9.2 Hz，Ｊ₂＝2.1 Hz，キサンテン）、δ 6.83 ppm（ｓ，１Ｈ，キサンテ ン）、δ 6.90 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝2.1 Hz，キサンテン）、δ 7.19 ppm（ｄ， １Ｈ，Ｊ＝9.2 Hz，キサンテン）、δ 7.24 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝8.4 Hz，フタ ル酸）、δ 8.02 ppm（ｄｄ，１Ｈ，Ｊ₁＝8.4 Hz，Ｊ₂ 〜１Hz，フタル酸）、δ 8.30 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ〜１Hz，フタル酸） ７β−（ブロモアセトアミド）−３−〔〔〔（５−ロドール−Ｘ−アミド）メ チル〕チオ〕メチル〕−３−セフェム−４−カルボン酸（２０）を合成するため に、4.5 mg（10μモル）の５−ロドール−Ｘ−ブロモアセトアミド（１８）をｐ Ｈ 7.7に調整した 0.5 ml の 250 mM リン酸塩緩衝液および 0.5 ml のジメチル ホルムアミドに溶解した。溶液を脱酸素化し、文献の手順に従って合成した10 m g（40 μモル）の７β−アミノ−３−（チオメチル）−３−セフェム−４−カル ボン酸（８）／100 μl リン酸塩緩衝液をアルゴン雰囲気下で添加した。その溶 液を 30 ℃で２時間保持した。次いで、溶媒を減圧除去して残渣を１ml の水に 溶解し、酢酸の添加により生成物を沈殿させた。沈殿を集め、生成物を、0.1 % トリフルオロ酢酸／35 %メタノール／水を溶離液として、Ｃ₁₈逆相クロマトグラ フィーにより精製した。 上記生成物（１９）を 20 mgの重炭酸ナトリウムとともに１ml のジオキサン −水（１：１）に溶解した。10μl の臭化ブロモアセチルを氷上でその溶液に添 加した。溶液を室温でさらに 1.5時間保持した。20 mg の重炭酸ナトリウムおよ び 10 μl の臭化ブロモアセチルを氷冷しながらその溶液に添加した。室温でさ らに 1.5時間保持した後、ジオキサンをロータリーエバポレーターにより除去し 、生成物を 1M リン酸によりその水溶液から沈殿させ、遠心分離により採取した 。固体を希重炭酸塩水溶液に懸濁し、未溶解粒子を遠心分離により除去して捨て た。生成物を 1M リン酸により沈殿させ、フラッシュクロマトグラフィー（シリ カゲル；クロロホルム−メタノール−酢酸−水（55:15:4:2））により精製した 。この操作では、少量のシリカゲルが溶解した。 ジアセチル−５−フルオレセインチオール（２１）の７β−（ブロモアセトア ミド）−３−〔〔〔（５−ロドール−Ｘ−アミド）メチル〕チオ〕メチル〕−３ −セフェム−４−カルボン酸（２０）との結合は、次のように行った。７β− （ブロモアセトアミド）−３−〔〔〔（５−ロドール−Ｘ−アミド）メチル〕チ オ〕メチル〕−３−セフェム−４−カルボン酸を、ジメチルホルムアミド−（25 0 mM水性リン酸塩緩衝液ｐＨ 7.7）（１：１）を溶媒として使用し、アルゴン下 で、50 %過剰の５−フルオレセインチオールと反応させた。生成物を、メタノー ルでの溶解および酢酸エチルでの沈殿を繰り返すことにより、過剰のフルオレセ インチオールから精製した。 図３は、β−ラクタマーゼによる処理の前後における、50 mM リン酸塩緩衝液 （ｐＨ７）でのこのＦＲＥＴ−セファロスポリンの蛍光発光スペクトルを示す。 最初の低い蛍光は蛍光団の重なりによるもので、これは、非蛍光である基底状態 の複合体を形成する。溶液にメタノールを添加すると、この重なりが破壊され、 有効な蛍光共鳴エネルギー転移が生じると考えられる。実施例４ （化合物２５） Ｎ−〔レゾルフィン−４−カルボニル〕−Ｎ’−ヨードアセチル−ピペラジン (Boehringer Mannheim)をフルオレセインのＦＲＥＴ−受容体としてのセファロ スポリンに結合した。それをＦＣＲＥと言う。 供与体としてのフルオレセインおよび消光体としてのレゾルフィンを有するＦ ＲＥＴ−セファロスポリンＦＣＲＥ（２５）を、ロドール−Ｘ−受容体を有する ものと同様の方法によって調製した。Ｎ−〔レゾルフィン−４−カルボニル〕− Ｎ’−ヨードアセチル−ピペラジン(Boehringer Mannheim)をセファロスポリン の遊離３’−チオールに結合した後、ブロモアセチル化および５−フルオレセイ ンチオールの添加を行った。プロトコールに反して、３当量の５−フルオレセイ ンチオールを添加した。最初の１当量は直ちにレゾルフィンを還元して未反応の ジフルオレセイン−ジスルフィドを形成したからである。空気にさらすことによ りレゾルフィンを再酸化して最初の染料にした。 この化合物をβ−ラクタマーゼ触媒により加水分解すると、２個の蛍光断片が生 じる。レゾルフィンの励起・発光スペクトルは、ロドールのスペクトルよりも長 波長側で狭く、おそらく、未切断染料と酵素切断産物との間のスペクトル分離が 良好に得られる。しかし、ロドールを受容体とする場合のように、水性リン酸塩 緩衝液中では染料の重なりが生じ、暗複合体を形成する。β−ラクタマーゼ処理 により、重なりが壊れ、供与体の蛍光が増加する（図４）。実施例５ （化合物７ｂ） ２，４−ジヒドロキシ−５−クロロベンズアルデヒドを合成するために、21.7 g（0.15モル）の４−クロロレゾルシノールを 150 ml の無水ジエチルエーテル に溶解し、27 gの微粉末シアン化亜鉛（II）および 0.5 gの塩化カリウムを攪拌 しながら添加した。懸濁物を氷冷した。強い塩化水素ガス流を、激しく攪拌しな がらその溶液に吹き込んだ。約 30 分後、反応物は溶解した。塩化水素ガスの添 加を、エーテル溶液に吸収されなくなるまで（約１時間）続けた。この間に、沈 殿が生じた。懸濁物を氷上でさらに１時間攪拌した。次いで、固体を沈殿させた 。エーテル溶液を固体から除去した。固体を 100 gの氷で処理し、水浴で 100℃ に加熱した。冷却すると、生成物が溶液から光沢のある板状晶として結晶化した 。それを濾別し、水酸化カリウム上で脱水した。収量は 15.9 g（0.092モル、61 %）であった。¹ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ₃）：δ 6.23 ppm（ｓ，１Ｈ，フェノー ル）、δ 6.62 ppm（ｓ，１Ｈ，フェニル）、δ 7.52 ppm（ｓ，１Ｈ，フェニル ）、δ 9.69 ppm（ｓ，１Ｈ，ホルミル）、δ 11.25 ppm（ｓ，１Ｈ，フェノー ル） ３−カルボキシ−６−クロロ−７−ヒドロキシクマリンを合成するために、5. 76 g（0.033 モル）の２，４−ジヒドロキシ−５−クロロベンズアルデヒドおよ び 7.2 g（0.069 モル）のマロン酸を５ml の温ピリジンに溶解した。75μl の アニリンを溶液に入れて攪拌し、反応を室温で３日間続けた。生成した黄色固体 を砕いてより小さい小片にし、50 ml のエタノールを添加した。クリーム色の懸 濁物をガラス製フリットにより濾過し、固体を 1N 塩酸で３回洗浄し、次いで水 で洗浄した。次いで、その固体を 100 ml の酢酸エチル、150 mlのエタノールお よび10 ml の半濃度の塩酸とともに攪拌した。溶媒の体積を減圧下で減少させ、 沈殿は濾過により回収してジエチルエーテルで洗浄し、五酸化リンにより脱水し た。4.97 g（0.021 モル、63 %）の物質が白色粉末として得られた。¹ＨＮＭＲ （ｄＤＭＳＯ）：δ 6.95 ppm（ｓ，１Ｈ）、δ 8.02 ppm（ｓ，１Ｈ）、δ 8.6 7 ppm（ｓ，１Ｈ） ７−ブチリルオキシ−３−カルボキシ−６−クロロクマリンを合成するために 、3.1 g（12.9 ミリモル）の３−カルボキシ−６−クロロ−７−ヒドロキシクマ リンを 100 ml のジオキサンに溶解し、室温で２時間、５mlの無水酪酸、８mlの ピリジンおよび 20 mgのジメチルアミノピリジンで処理した。反応溶液を、攪拌 しながら、300 mlのヘプタンに添加すると、白色の沈殿が生じた。それを濾過に より回収し、150 mlの酢酸エチルに溶解した。未溶解物質を濾別し、濾液を 50m lの 1N 塩酸／食塩水（１：１）で２回、次いで生理的食塩水で抽出した。溶液 を無水硫酸ナトリウムで脱水した。減圧蒸発させると、2.63 g（8.47 ミリモル 、66 %）の物質が得られた。¹ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ₃）：δ1.08 ppm（ｔ，３Ｈ， Ｊ＝7.4 Hz，酪酸のメチル）、δ 1.85 ppm（ｍ，２Ｈ，Ｊ₁ 〜Ｊ₂＝7.4 Hz，酪 酸のメチレン）、δ 2.68 ppm（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝7.4 Hz，酪酸のメチレン）、δ 7.37 ppm（ｓ，１Ｈ，クマリン）、δ 7.84 ppm（ｓ，１Ｈ，クマリン）、δ 8. 86 ppm（ｓ，１Ｈ，クマリン） ７−ブチリルオキシ−３−ベンジルオキシカルボニルメチルアミノカルボニル −６−クロロクマリンの合成は、次のように行う。2.5 g（8.06 ミリモル）の７ −ブチリルオキシ−３−カルボキシ−６−クロロクマリン、2.36 g（16ミリモル ）のヒドロキシベンズトリアゾール水和物および1.67 g（8.1ミリモル）のジシ クロヘキシルカルボジイミドを 30 mlのジオキサンに溶解した。ｏ−ベンジルグ リシンのトルエン溶液〔3.4 g（10 ミリモル）のベンジルグリシンのトシル塩を 酢酸エチル−トルエン−飽和重炭酸塩水溶液−水（1:1:1:1 、250 ml）で抽出し 、有機相を無水硫酸ナトリウムで脱水し、溶媒の体積を５ml に減少させること により調製〕をクマリン溶液に滴下した。反応を室温で 20 時間続けた後、沈殿 を濾別し、酢酸エチルおよびアセトンでよく洗浄した。溶媒画分を一緒にしてロ ータリーエバポレーターにより 50ml に減少させ、１体積のトルエンを添加して 、体積をさらに 30ml に減少させた。沈殿物質を濾過により回収し、200 mlのク ロロホルム−無水エタノール（１：１）に溶解した。溶液をロータリーエバポレ ーターにより 50ml に減少させ、生成物を濾取し、減圧脱水すると、1.29 gの標 記物質が得られた。溶媒の体積をさらに減少させると、標記物質がもう１回得ら れた（0.64 g）。総収量は 1.93 g（4.22 ミリモル、52 %）であった。¹ＨＮＭ Ｒ（ＣＤＣｌ₃）：δ 1.08 ppm（ｔ，３Ｈ，Ｊ＝7.4 Hz，酪酸のメチル）、δ 1 .84 ppm（ｍ，２Ｈ，Ｊ₁ 〜Ｊ₂＝7.4 Hz，酪酸のメチレン）、δ 2.66 ppm（ｔ， ２Ｈ，Ｊ＝7.4 Hz，酪酸のメチレン）、δ 4.29 ppm（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝5.5 Hz， グリシンのメチレン）、δ 5.24 ppm（ｓ，２Ｈ，ベンジル）、δ 7.36 ppm（ｓ ，１Ｈ，クマリン）、δ 7.38 ppm（ｓ，５Ｈ，フェニル）、δ 7.77 ppm（ｓ， １Ｈ，クマリン）、δ 8.83 ppm（ｓ，１Ｈ，クマリン）、δ 9.15 ppm（ｔ，１ Ｈ，Ｊ＝5.5 Hz，アミド） ７−ブチルリルオキシ−３−カルボキシメチルアミノカルボニル−６−クロロ クマリンを次のように合成した。920 mg（２ミリモル）の７−ブチリルオキシ− ３−ベンジルオキシカルボニルメチルアミノカルボニル−６−クロロクマリンを 50ml のジオキサンに溶解した。100 mgのパラジウム／炭素（10 %）および 100 μl の酢酸を溶液に添加し、懸濁物を大気圧の水素雰囲気下、室温で激しく攪拌 した。水素の吸収が終わった後、懸濁物を濾過した。炭素を含む生成物を 25 ml の沸騰ジオキサンで５回抽出した。ジオキサン溶液を一緒にして冷却すると、生 成物が白色粉末として沈殿した。溶媒を 20 mlに減少させると、さらに物質が沈 殿する。残りのジオキサン溶液を沸点まで加熱し、溶液が濁るまでヘプタンを添 加する。乾燥粉末の重量は 245 mg、389 mgおよび58 mgであり、合わせて 692 m g（1.88 ミリモル、94 %）の白色物質が得られた。¹ＨＮＭＲ（ｄＤＭＳＯ）： δ 1.02 ppm（ｔ，３Ｈ，Ｊ＝7.4 Hz，酪酸のメチル）、δ 1.73 ppm（ｍ，２Ｈ ，Ｊ₁ 〜Ｊ₂＝7.3 Hz，酪酸のメチレン）、δ 2.70 ppm（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝7.2 Hz ，酪酸のメチレン）、δ 4.07 ppm（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝5.6 Hz，グリシンのメチレ ン）、δ 7.67 ppm（ｓ，１Ｈ，クマリン）、δ 8.35 ppm（ｓ，１Ｈ，クマリン ）、δ 8.90 ppm（ｓ，１Ｈ，クマリン）、δ 9.00 ppm（ｔ，１Ｈ，Ｊ＝5.6 Hz ，アミド） ７−ブチリルオキシ−３−カルボキシメチルアミノカルボニル−６−クロロク マリンの７−アミノ−３’−クロロセファロスポラン酸ベンズヒドリルエステル との結合は、次のように行った。368 mg（1 ミリモル）の７−ブチリルオキシ− ３−カルボキシメチルアミノカルボニル−６−クロロクマリン、270 mgのヒドロ キシベンズトリアゾール水和物および 415 mg（１ミリモル）の７−アミノ−３ ’−クロロセファロスポラン酸ベンズヒドリルエステルを 40 mlのジオキサン− アセトニトリル（１：１）に懸濁した。５mlのアセトニトリル中の 260mg（1.25 ミリモル）のジシクロヘキシルカルボジイミドを添加し、懸濁物を 36 時間激 しく攪拌した。沈殿を濾別し、溶液の体積をロータリーエバポレーターにより 2 0 mlに減少させた。50 ml のトルエンを添加し、体積を 30 mlに減少させた。攪 拌しながら 50 mlのヘプタンを添加し、懸濁物を氷冷した。沈殿を濾過により回 収した。それを 10 mlのクロロホルムに再溶解し、残った未溶解の固体を濾過に より除いた。２体積のヘプタンを添加すると標記物質が沈殿し、それを集めて減 圧脱水すると、468 mg（0.64ミリモル、64 %）の灰白色の粉末が得られた。¹Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ₃）：δ 1.08 ppm（ｔ，３Ｈ，Ｊ＝7.4 Hz，酪酸のメチル）、 δ 1.84 ppm（ｍ，２Ｈ，Ｊ₁ 〜Ｊ₂＝7.4 Hz，酪酸のメチレン）、δ 2.66 ppm（ ｔ，２Ｈ，Ｊ＝7.4 Hz，酪酸のメチレン）、δ 3.54 ppm（２ｄ，２Ｈ，Ｊ＝18. 3 Hz，セファロスポリンのＣ−２）、δ 4.24 ppm（２ｄ，２Ｈ，Ｊ＝5.8 Hz， セファロスポリンの３メチレン）、δ 4.37 ppm（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝3.8 Hz， グリシンのメチレン）、δ 5.02 ppm（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝4.9 Hz，セファロスポリ ンのＣ−６）、δ 5.89 ppm（ｄｄ，１Ｈ，Ｊ₁＝9.0 Hz，Ｊ₂＝5.0 Hz，セファ ロスポリンのＣ−７）、δ 6.96 ppm（ｓ，１Ｈ，ベンズヒドリル）、δ 7.30 〜 7.45 ppm（ｍ，１２Ｈ，フェニル，クマリン，アミド）、δ 7.79 ppm（ｓ， １Ｈ，クマリン）、δ 8.84 ppm（ｓ，１Ｈ，クマリン）、δ 9.28 ppm（ｔ，１ Ｈ，Ｊ＝3.7 Hz，アミド） 上記生成物と５−フルオレセインチオールとの結合は、次のように行った。90 mg（0.2ミリモル）の５−メルカプトフルオレセイン二酢酸塩ジスルフィド二量 体を 10 mlのクロロホルムに溶解し、アルゴン雰囲気下、25μl のトリブチルホ スフィンおよび 2 5μl の水で処理した。その溶液を室温で２時間保持し、次い で、20 mg の重炭酸ナトリウム、25 mg のヨウ化ナトリウムおよび 110 mg（0.1 5 ミリモル）の上記化合物のジメチルホルムアミド(10 ml)溶液に添加した。４ 時間後、溶媒を減圧除去し、残渣をジエチルエーテルで摩砕した。固体を酢酸エ チル−アセトニトリル（１：１）に溶解した。溶媒を除去した後、残渣をジエチ ルエーテルとともにもう一度摩砕すると、157 mg（0.13ミリモル、88 %）のクリ ーム色の粉末物質が得られた。 上記化合物のサンプルを、室温で 20 分間、大過剰のトリフルオロ酢酸−アニ ソール（１：１）で処理した。試薬を減圧除去し、残渣をエーテルとともに摩砕 した。0.5 % の酢酸を含む 45 % ％のアセトニトリル水溶液における、その固体 の高速液体クロマトグラフィーにより、酪酸エステルおよびジフェニルメチルエ ステルが切断した物質が得られる。それを、溶離液として５ %の酢酸を含む 45 %アセトニトリル水溶液を使用した逆相Ｃ₁₈カラムでの高速液体クロマトグラフ ィーにより精製した。 化合物２７のフルオレセイン酢酸塩の脱保護を、重炭酸ナトリウム／メタノー ル（室温、30分）によって行い、蛍光酵素基質ＣＣＦ２を得た。それを、溶離液 として 0.5 %の酢酸を含む 35 % アセトニトリル水溶液を使用した逆相Ｃ₁₈カラ ムでの高速液体クロマトグラフィーにより精製した。 化合物２７を過剰の臭化アセトキシメチル／無水ルチジンとともに攪拌すると 、基質の膜透過性誘導体（ＣＣＦ２／ａｃ₂ＡＭ₂）が得られた。それを、溶離液 として 0.5 %の酢酸を含む 65 % アセトニトリル水溶液を使用した逆相Ｃ₁₈カラ ムでの高速液体クロマトグラフィーにより精製した。ＣＣＦ２／ａｃ₂ＡＭ₂は、 細胞質で容易にＣＣＦ２に変換される。 実施例１〜４と違って、基質ＣＣＦ２では供与体および受容体染料は重ならな い。基質は、リン酸塩緩衝液中では完全に蛍光性であり、「暗複合体」の生成は ない（すなわち、メタノールを添加しても、希釈の影響を除くと、ＣＣＦ２の蛍 光スペクトルは変化しない。）。これは、実施例１〜４のキサンテン染料（エオ シン、ローダミン、ロドールおよびレゾルフィン）と比較して７−ヒドロキシク マリンがかなり小さく、極性が大きいことによる。 図５は、β−ラクタム環のβ−ラクタマーゼによる切断の前後における、50ミ リモルのリン酸塩緩衝液（ｐＨ 7.0）での化合物ＣＣＦ２の発光スペクトルを示 す。完全な基質では、７−ヒドロキシクマリン部分からフルオレセイン部分への 有効なエネルギー転移が起こる。405 nmで基質を励起すると、受容体である染料 フルオレセインからの 515 nm（緑）での蛍光発光が得られる。エネルギー転移 は、β−ラクタマーゼがβ−ラクタム環を切断すると乱れ、２個の染料の間の結 合が促進される。また、生成物を 405 nm で励起すると、もっぱら供与体の蛍光 発光が 448 nm（青）で得られる。供与体部分からの蛍光発光は、β−ラクタム の切断により 25 倍増加する。515 nmでの蛍光は 3.5分の１に減少し、残りの蛍 光は全て、その発光スペクトルが緑の方に延びているので、７−ヒドロキシクマ リンに由来する。基質における供与体の 25 倍の消光は、蛍光エネルギー転移の 96 % の効率に等しい。β−ラクタムの切断によるこの大きな蛍光変化は、実施 例６および７に示すように、生きている哺乳類の細胞の細胞質におけるβ−ラク タマーゼの検出に容易に使用することができる。 セファロスポリンの７−ヒドロキシクマリン部分は、受容体の不在下での蛍光 量子収率が 98 〜 100 %であることが測定された。この値は、染料の補正した蛍 光発光スペクトルの積分を励起波長での吸光度に匹敵する９−アミノアクリジン 塩酸塩水溶液のものと比較することにより求めた。染料によって吸収された実質 的に全ての光子が受容体への蛍光エネルギー転移を受けるので、７−ヒドロキシ クマリンは理想の供与体染料である。実施例６ Ｔ−細胞リンパ腫系 Jurkat の細胞を、約 10¹²個のβ−ラクタマーゼ酵素分 子／ml（約 1.7 nM ；ペニシリナーゼ 205 TEM R⁺、Sigma 製）および充填マー カーとしてのデキストラン(40 kd)に複合させた１mg/mlのローダミンを含む等張 性食塩水溶液（ハンクス平衡塩類溶液）に懸濁した。懸濁物を注射針（30ゲージ ）に４回通した。これにより、細胞プラズマ膜の生き残り得る一時的な破壊が生 じ、標識したデキストランおよびβ−ラクタマーゼを入れることができる。透過 に成功した細胞はβ−ラクタマーゼを含み、ローダミンの励起波長で照射すると 、蛍光顕微鏡により赤色の蛍光が得られた。その細胞を室温で 30 分間、 5μM の蛍光原性β−ラクタマーゼ基質（ＣＣＦ２／ａｃ₂ＡＭ₂）とともにインキュベ ートした。紫光（405 nm）による照射によって、青色の蛍光および緑色の蛍光を 示す細胞が認められた。マーカーとしてのローダミン−デキストランを吸収した 全ての細胞は青の蛍光を示し、酵素を欠く細胞は緑の蛍光を示した。実施例７ 種々の哺乳類に由来する細胞系の細胞に、哺乳類プロモーターの制御下で、Ｒ ＴＥＭβ−ラクタマーゼ遺伝子を含むプラスミドを一時的にトランスフェクショ ンした。その遺伝子は、いかなるシグナル配列をも欠く細胞質ゾルのβ−ラクタ マーゼをコードし、配列番号１として示される。トランスフェクションの 10 〜 48 時間後に、細胞を５μモルのＣＣＦ２／ａｃ₂ＡＭ₂に１〜６時間さらした。 全ての場合において、蛍光顕微鏡で調べると、青の蛍光を示す細胞が検出された 。トランスフェクションしなかった対照群の細胞では、青の蛍光を示す細胞は全 く検出されなかった。蛍光測定値を定量するために、細胞をまずクマリン（450 DF 65）発光フィルターに通し、次いでフルオレセイン（515 EFLP）発光フィル ターに通して観察し、電荷結合装置（charge couple device）カメラで映像を記 録した。ＣＯＳ−７（表２）およびＣＨＯ（表３）細胞におけるクマリンおよび フルオレセインの波長でのＣＣＦ２充填トランスフェクション細胞（青）および 対照群（緑）の平均画素強度をまとめ、各集団に対して４個の代表的細胞の値を 示す。基質ＣＣＦ２は、単一の生存する哺乳類細胞において遺伝子発現を示した 。 実施例８ ７−アセチルオキシ−３−（Ｎ−カルボキシメチル−Ｎ−メチルアミノカルボ ニル）クマリンの調製のために、400 mg（1.6 ミリモル）の３−カルボキシ−７ −アセチルクマリンを４ml の塩化チオニルとともに 20 分間還流した。過剰の 塩化チオニルを留去し、残渣（７−アセチルオキシ−３−クロロカルボニルクマ リン）を水酸化カリウムペレット上で一晩減圧下で保存した。別の容器で、142. 5 mg（1.6 ミリモル）のサルコシンを 1.05 ml(5.4ミリモル)のＮ−メチルトリ メチルシリルトリフルオロアセトアミド（ＭＳＴＦＡ）に溶解し、室温で 16 時 間放置した。２mlの脱水アセトニトリルおよび 187μl（1.7ミリモル）のＮ−メ チルモルホリンを添加し、その溶液を氷上で固体の７−アセチルオキシ−３−ク ロロカルボニルクマリンに注いだ。氷上で 20 分撹拌した後、溶液を室温に温め た。４時間後、溶媒を減圧除去した。残渣をメタノールに溶解して酸を脱保護し た後、溶媒を減圧除去した。固体を 30 mlの酢酸エチル−アセトニトリル（２： １）に溶解し、溶液を等量の 1N 塩酸で２回、および生理的食塩水で抽出した。 有機相を無水硫酸ナトリウムで脱水した。溶媒を減圧除去し、固体を、ヘキサン の添加により、沸騰する酢酸エチルから結晶化した。316 mg（1.0 ミリモル、63 %）の白色結晶固体が得られた。 ７−アセチルオキシ−３−（Ｎ−カルボキシメチル−Ｎ−メチルアミノカルボ ニル）クマリンと７−アミノ−３’−クロロセファロスポラン酸ベンズヒドリル エステルとの結合は、次のように行った。62 mg（0.2ミリモル）の７−アセチル オキシ−３−（Ｎ−カルボキシメチル−Ｎ−メチルアミノカルボニル）クマリン を１ml の脱水塩化メチレンとともに攪拌し、これに、27 mg（0.2ミリモル）の ヒドロキシベンズトリアゾールおよび 41 mg のジシクロヘキシルカルボジイミ ドを添加した。82.6 mg（0.2ミリモル）の７−アミノ−３’−クロロセファロス ポラン酸ベンズヒドリルエステルの塩化メチレン（1 ml）溶液を５分かけて滴下 した。反応物を室温で 20 時間攪拌した後、沈殿を濾別した。濾液を減圧蒸発さ せ、生成物を塩化メチレンに抽出した。溶媒をもう一度除去し、残渣を１ml の 酢酸エチルに溶解した。３体積のヘキサンを添加すると生成物が沈殿し、これを 遠心分離により回収した。49.9 mg（70 μモル、35 %）の生成物を白色粉末とし て得た。 上記生成物のセファロスポリン３’−クロロ置換基の３’−ヨード置換基への 変換は、次のように行った。49.9 mg（70 μモル）の上記生成物を室温で２時間 、1.2 mlの脱水メチルエチルケトンに溶解した 52.5 mgのヨウ化ナトリウム（５ 当量）とともに攪拌した。溶媒を減圧除去し、残渣を２ml の酢酸エチル−塩化 メチレン（１：１）に溶解し、２% の冷チオ硫酸ナトリウム水溶液で抽出した後 、生理的食塩水で２回抽出した。有機層を無水硫酸ナトリウムで脱水した。わず かに橙色の粉末（32 mg、40μモル、57 %）を、さらに精製することなく次の反 応で使用した。 上記生成物と５−メルカプトフルオレセインジアセテートとの結合（生成物Ｃ ＣＦ１ａｃ₃ジフェニルメチルエステル）を、32 mg（40 μモル）のヨード誘導 体を0.4 mlのジメチルホルムアミドに溶解することにより行い、3.4 gの重炭酸 ナトリウムを添加した。22 mg（50 μモル）の５−メルカプトフルオレセインジ アセテートを 0.3 ml の脱酸素ジメチルホルムアミドに溶解し、アルゴン雰囲気 下でヨード化合物に添加した。２時間後、溶媒を減圧除去した。残渣を塩化メチ レン−酢酸エチル（１：１）に懸濁した。有機溶液を水で洗浄し、無水硫酸ナト リウムで脱水した。溶媒を除去し、残渣をエチルエーテル−ヘキサン（１：１） とともに摩砕した。フラッシュクロマトグラフィー（60メッシュのシリカゲル； 酢酸エチル−トルエン（２：１））にかけると、4.2 mg（4 μモル、10 %）の無 色の生成物が得られた。 ＣＣＦ１ａｃ₃を得るためのジフェニルメチルエステルの切断は、次のように 行った。４mg（4 μモル）のＣＣＦ１ａｃ₃ジフェニルメチルエステルを氷上で 15 分間、200 μl のトリフルオロ酢酸−アニソール−塩化メチレン（10:1:10） で処理した。試薬を減圧除去し、残渣を 0.5 ml の酢酸エチルに溶解し、溶媒を 減圧蒸発させた。エーテルを用いて固体を摩砕した後、0.5 mlのメタノールに溶 解した。メタノール溶液を２ml の水に添加すると、生成物が沈殿した。生成物 を遠心分離によって回収し、減圧脱水した。２mg（2 μモル、50 %）の白色固体 が得られた。化合物をさらに、溶離液として 0.5 %の酢酸を含む 55 % アセトニ トリル水溶液を使用した逆相Ｃ₁₈カラムでの高性能液体クロマトグラフィーによ り精製した。 β−ラクタマーゼによる切断の前後のＣＣＦ１の蛍光発光スペクトル（図６） を、50ミリモルの水性リン酸塩緩衝液（ｐＨ７）中の橙皮アセチルエステラーゼ による処理によってＣＣＦ１に変換してあるＣＣＦ１ａｃ₃のサンプルから得た 。 基質ＣＣＦ１は、実施例５の基質ＣＣＦ２と類似した蛍光特性を有する。完全 な基質では、７−ヒドロキシクマリン部分からフルオレセイン部分への有効なエ ネルギー転移が生じる。390 nmで基質を励起すると、受容体染料フルオレセイン からの 515 nm（緑）での蛍光発光が生じる。そのエネルギー転移は、β−ラク タマーゼがβ−ラクタム環を切断すると妨げられ、２個の染料の間の結合が切断 される。また、390 nmで生成物を励起すると、もっぱら 460 nm（青）で供与体 の蛍光発光が生じる。供与体部分からの蛍光発光は、β−ラクタムの切断により 25 倍増加する。515 nmでの蛍光は３倍減少し、残りの蛍光は全て、その発光ス ペクトルが緑の方に延びているので、７−ヒドロキシクマリンに由来する。基質 における供与体の 25 倍の消光は、蛍光エネルギー転移の 96 %の効率に等しい 。β−ラクタムの切断によるこの大きい蛍光変化は、実施例９に示すように、生 きている哺乳類の細胞の細胞質におけるβ−ラクタマーゼの検出に容易に使用す ることができる。実施例９ Ｔ−細胞リンパ腫系 Jurkat の細胞を約 10¹²個のβ−ラクタマーゼ酵素分子 ／ml（約 1.7 nM ；ペニシリナーゼ 205 TEM R⁺、Sigma 製）および充填マーカ ーとしてのデキストラン（40 kd）に複合させた１mg/mlのローダミンを含む等張 性食塩水溶液（ハンクス平衡塩類溶液）に懸濁した。懸濁物を注射針（30ゲージ ）に４回通した。これにより、細胞膜の生き残り得る一時的な破壊が生じ、標識 したデキストランおよびβ−ラクタマーゼを入れることができる。透過に成功し た細胞はβ−ラクタマーゼを含み、ローダミンの励起波長で照射すると、蛍光顕 微鏡により赤色の蛍光が得られた。その細胞を室温で 30 分間、30μM の蛍光原 性β−ラクタマーゼ基質ＣＣＦ１ａｃ₃とともにインキュベートした。紫外光（3 60 nm）による照射によって、青色の蛍光および緑色の蛍光を示す細胞が認めら れた。マーカーのローダミン−デキストランを吸収した全ての細胞は青の蛍光を 示し、酵素を欠く細胞は緑の蛍光を示した。実施例１０ ＣＣＦ２の好ましい膜透過可能なエステルは次のように調製した。 ５−フルオレセインチオールジアセテート（５）および７−アミノ−３’−ク ロロセファロスポラン酸ベンズヒドリルエステルの結合は、次のように行った。 450 mg（１ミリモル）の５−メルカプトフルオレセインジアセテートジスルフィ ド二量体を 30 mlのクロロホルムに溶解し、窒素雰囲気中で 50 μl の水および 125μl のトリブチルホスフィンにより処理すると、遊離の５−フルオレセイン チオールが生じた。450 mg（１ミリモル）の７−アミノ−３’−クロロセファロ スポラン酸ベンズヒドリルエステル塩酸塩を、220μl（2ミリモル）のＮ−メチ ルモルホリンの助けによって 10 mlのアセトニトリルに溶解し、30分後に二つの 溶液を合わせた。１時間後、溶媒の体積を５ml に減少させ、50 ml の四塩化炭 素を添加した。溶媒の体積を 15 mlに減少させ、攪拌しながらヘキサンを添加し た。主にＮ−メチルモルホリン塩酸塩から成る最初の橙色の沈殿を濾別した。さ らに２体積のヘキサンを添加すると、630 mg（0.76ミリモル、76 %）の白色物質 が沈殿し、それを集めた。 上記生成物を７−ブチリルオキシ−３−カルボキシメチルアミノカルボニル− ６−クロロクマリンと結合した。325 mg（0.88ミリモル）の７−ブチリルオキシ −３−カルボキシメチルアミノカルボニル−６−クロロクマリンを15 ml の熱脱 水ジオキサンに溶解した。急速に冷却して、１mlのジオキサン中の 110μl（1ミ リモル）のＮ−メチルモルホリンおよび８ml の塩化メチレン中の 115μl（0.9 ミリモル）のクロロギ酸イソブチルを添加した。反応を０℃で 30 分保持した後 、７mlの脱水塩化メチレン中の 661 mg（0.8ミリモル）の上記フルオレセイン− セファロスポリン付加生成物を添加した。溶液を室温に温め、３時間後に溶媒を 減圧除去した。残渣を 30 mlの塩化メチレンに溶解し、１体積の 10 % 酢酸水溶 液で２回、水で１回抽出した。有機相を無水硫酸ナトリウムで脱水した。150ml の無水エタノールを添加し、溶媒の体積を 50 mlに減少させ、−20℃に冷却する と、生成物の沈殿（粗生成物、850 mg）が得られた。精製は、溶離液として 25% の酢酸エチル／トルエンを使用したシリカゲルクロマトグラフィーにより行った 。250 mg(0.21ミリモル、26%)の白色粉末生成物が得られた。 セファロスポリンベンズヒドリルエステルの切断は、トリフルオロ酢酸による 処理によって行った。145 mg（0.12ミリモル）の上記生成物を、０℃で 20 分間 、トリフルオロ酢酸／塩化メチレン／アニソール(10/10/1)により処理した。試 薬を減圧除去し、ジイソプロピルエーテルを用いて残渣を摩砕した。固体を１ml のジメチルスルホキシドに溶解し、生成物を 25 mlの水を添加することにより沈 殿させた。さらに、0.5 % の酢酸を含む 40 % 〜 60 % の段階的勾配のアセトニ トリル水溶液を溶離液として、逆相Ｃ₁₈樹脂により精製すると、74 mg（73 μモ ル、60 %）の白色粉末が得られた。 膜透過性アセトキシメチルエステルとしてのセファロスポリン酸の保護は、次 のように行った。15 mg（15 μモル）の上記生成物を 250μl の塩化メチレンに 溶解した。25μl の酢酸ブロモメチルおよび 50 μl のルチジンを溶液に添加し た。反応を室温で７時間保持した後、試薬を減圧除去した。残渣を、酢酸エチル を溶離液として、シリカゲルによるフラッシュクロマトグラフィーにより精製し 、15 mg（14 μモル、92 %）の白色生成物が得られた。この化合物、すなわちＣ ＣＦ２／ｂｔＡＭａｃ₂を、β−ラクタマーゼ活性の細胞内検出に使用した。実施例１１ 細胞内レセプターの活性化の測定：細胞内グルココルチコイドレセプターの活 性化を、マウスの乳癌ウイルスプロモーターにおけるグルココルチコイド反応性 要素の転写活性調節能によって測定した。ステロイドに対するこの反応を、蛍光 信号の適切な変化を招く基質ＣＣＦ２上での増加する細胞内β−ラクタマーゼ活 性として検出した。 シグナル配列のない大腸菌(E．coli)のＲＴＥＭβ−ラクタマーゼをコードす るプラスミドの遺伝子（図７の配列１）を、マウス乳癌ウイルスプロモーターの 転写制御下におき、哺乳類の発現ベクターに導入した。このベクターは、細菌内 でのプラスミドの増幅のためのクロラムフエニコール耐性マーカーおよび哺乳類 選択のためのネオマイシン耐性マーカーをも含む。そのベクターを、リン酸カル シウム沈殿法を使用して、新生ハムスター腎臓（ＢＨＫ）培養細胞に導入した。 次いで、抗生物質Ｇ４１８を使用して、プラスミドを細胞ゲノムへ安定に組み込 むために細胞を選択した。20個のクローンのうちの一つを、ステロイド類似体デ キサメタゾンへの暴露によるβ−ラクタマーゼ発現の著しい増加に対して選択し た。 以下に、アゴニストであるデキサメタゾンを添加した後のこのクローンにおけ るβ−ラクタマーゼ遺伝子発現の増加の測定を記載する。グルココルチコイド誘 発性プロモーターの制御下でβ−ラクタマーゼを発現する、安定なＢＨＫ細胞ク ローンＧ９４１の細胞を、アゴニストの存在下または不在下で 37 ℃の保温器に 入れて保持した。細胞の入っているフラスコをアゴニストの添加後、種々の間隔 をおいて保温器から取り出し、細胞を 10 μモルのＣＣＦ２／ｂｔＡＭａｃ₂を 含むハンクス平衡塩類溶液に移した。この化合物は、内因性細胞質エステラーゼ により、β−ラクタマーゼが接近可能な蛍光性基質ＣＣＦ２に変換されるように なる。10分後、ＣＣＦ２／ｂｔＡＭａｃ₂を含む細胞上清を除去した。30分後、 細胞の像を、エピ蛍光顕微鏡に取り付けた低温ＣＣＤカメラによって映し出した 。蛍光測定値は、紫色励起光（フィルター 400DF15）ならびに青（フィルター 4 50DF65）および緑（フィルター 535DF45）発光フィルターを使用して得た。青と 緑との発光強度の比を測定した。その比は、どのくらいの基質が生成物に変換さ れたかの尺度である。40x 対物レンズを使用して、各々約 60 個の細胞を有する ４個の視野の像を各時点で映し出した。その結果、β−ラクタマーゼの発現およ び産生の増加を反映する蛍光強度比の有意な増加が示される。 実施例１２ 細胞表面レセプターの活性化の測定およびセカンドメッセンジャー反応性要素 を介した細胞内信号：細胞表面レセプターの活性化は、細胞内メッセンジャー濃 度の変化を引き起し、これは、細胞内転写因子活性を調整する。リンパ球では、 メッセンジャーイオンカルシウムの細胞内濃度の増加により、活性化Ｔ−リンパ 球の核因子（ＮＦＡＴ）の活性化が生じる。この現象は、ＮＦＡＴ認識部位を含 むプロモーターでの転写を増加させる。ＮＦＡＴ部位の三量体を含むプロモータ ーの転写制御下におかれると調節されるβ−ラクタマーゼなどのリポーター遺伝 子の転写を著しく増加させるには、カルシウムレベルの増加だけで十分である。 マウスＴ−リンパ球細胞系Ｂ３Ｚを、２個のプラスミドで一時的にコトランス フェクションした。一方のプラスミドは、強く、構成的に活性なサイトメガロウ イルス（ＣＭＶ）プロモーターの転写制御下で、細胞表面に位置するβ−アドレ ナリンレセプターを含む。他方のプラスミドは、ＮＦＡＴ部位の三量体を含むプ ロモーターの転写制御下での改善された哺乳類発現のために改変された大腸菌由 来の細菌のＲＴＥＭβ−ラクタマーゼ遺伝子（配列番号＃３、最適哺乳類 Kozak 配列、β−グロビンリーダー配列、前配列は除去）を含む。それらのプラスミド を電気穿孔法を使用して細胞に導入した。0.5 mlの電気穿孔緩衝液中の 5 x 10⁶ 個の細胞を、Biorad Gene Pulser（250V，960 μF，16 μ秒）を使用して、各々 10 μg の両方のプラスミドの存在下で電気穿孔した。トランスフェクションの 24 時間後、細胞をβ−アドレナリンアゴニストのイソプロテレノール（10μモ ル）の存在下または不在下で５時間インキュベートした。上清を除去し、10μモ ルのＣＣＦ２／ｂｔＡＭａｃ₂を含むハンクス平衡塩類溶液で置き換えた。室温 で 20 分後、細胞を新しい緩衝液で洗浄し、蛍光顕微鏡で観察した。４% のイソ プロテレノールで処理した細胞は、青色の蛍光を示した（励起フィルター 400DE 15、発光フィルター 435 nm ロングパス）が、対照集団（アゴニストは不存在） では、青の蛍光を示す細胞は検出されなかった。２μM のイオノマイシンおよび 50 ng/ml のホルボールエステルで５時間、最大刺激すると、その集団に青の蛍 光を示す細胞が 20 % 生じた。実施例１３ 種々の微生物に由来するβ−ラクタマーゼを、真核細胞、好ましくは哺乳類細 胞でリポーター酵素として使用するために改変した。これらの酵素に対する細菌 遺伝子は、細胞外空間に対する酵素を標的とするＮ−末端前配列（図７の配列２ の最初の 23 個のアミノ酸）を含む。転位の後、前配列ペプチダーゼにより 23 個のアミノ酸の前配列が切断され、完全なβ−ラクタマーゼ酵素が放出される。 その細菌の前配列を含む大腸菌由来のＲＴＥＭβ−ラクタマーゼ（図７の配列２ ）を、マウス乳癌ウイルスプロモーターの制御下にある哺乳類発現ベクターに導 入した。この構成体を、標準的なリン酸カルシウム沈殿法を使用して新生ハムス ター腎臓細胞に導入した。β−ラクタマーゼ活性は細胞培養培地中で認められ、 細胞ペレットでは活性は検出できなかった。培地におけるβ−ラクタマーゼ活性 の量はステロイドに依存した。測定の前に 36 時間、１μM のデキサメタゾンの 存在下においた細胞は、対照よりも酵素の産生が３倍多かった。このことから、 細菌の前配列（図７の配列２）を有するβ−ラクタマーゼは、哺乳類リポーター 遺伝子活性の細胞外アッセイに有用である。 β−ラクタマーゼリポーターの好ましい使用は、細胞質で、酵素が産生され保 持される場合である。従って、細菌のシグナル配列を除去し、３個の改変したＲ ＴＥＭβ−ラクタマーゼ遺伝子（図７の配列１、３および４）中の新しい翻訳開 始部位としてのＡＴＧ（メチオニン）で置き換えた。哺乳類細胞でのβ−ラクタ マーゼの発現を増加させるために、図７の配列３および４のＲＴＥＭβ−ラクタ マーゼを、哺乳類発現に対して最適化した改変リボソーム結合部位とともに構成 させた〔Kozak，M.，J．Cell Biol．108:229-241（1989）〕。哺乳類翻訳機構と の適合性を高めるために、配列番号＃３のβ−ラクタマーゼを、未翻訳の哺乳類 β−グロビンリーダー配列の末端に挿入した。新規β−ラクタマーゼをコードす るこれらの新規ＤＮＡ配列の全てを、それらの転写を制御するサイトメガウイル スプロモーターとともに哺乳類発現ベクターに挿入した。組織培養した哺乳類細 胞（Hela、COS-7 、CHO 、BHK ）を、標準的リポフェクチン法を使用して、一時 的にプラスミドをトランスフェクションした。トランスフェクションの２〜５日 後、細胞を、蛍光基質ＣＣＦ２の膜透過性誘導体（ＣＣＦ２／ｂｔＡＭａｃ₂） とともにインキュベートして、酵素の機能的発現をアッセイした。図７のｃＤＮ Ａ配列２、３および４を含むプラスミドを用いてトランスフェクションした細胞 の 5〜20 %は、緑から青への蛍光の転換を示した。これは、発現したβ−ラクタ マーゼによる細胞内に捕獲された基質の切断を示す。これに対して、トランスフ ェクションしていない、または偽トランスフェクションした対照群では、どの細 胞も、未切断ＣＣＦ２の緑の蛍光を示し、青の蛍光を示す細胞は認められなかっ た。これにより、内因性β−ラクタマーゼ活性の存在が確認された。 Bacillus licheniformisβ−ラクタマーゼの遺伝子を、ポリメラーゼ連鎖反応 を使用して、Bacillus licheniformisの全ＤＮＡから単離した。オリゴヌクレオ チドプライマーはβ−ラクタマーゼ分泌配列を除去し、ＤＮＡ配列番号＃５を生 じた。この遺伝子を、構成的に活性なサイトメガウイルスプロモーターの転写制 御下で、pCDNA3哺乳類発現ベクターに挿入した。HeLa細胞を、リポフェクチンを 使用して、10μg プラスミド／25 cm²培養皿でトランスフェクションした。トラ ンスフェクションの５日後、細胞を、100 μモルのＣＣＦ２／ｂｔＡＭａｃ₂の 存在下でインキュベートすることにより、β−ラクタマーゼの機能性発現に対し て試験し、エピ蛍光顕微鏡を用いて視覚検査を行った。30〜40% の細胞は青の蛍 光を示したが、トランスフェクションしていない対照では、緑の蛍光を示す細胞 のみで、青の蛍光を示す細胞は検出できなかった。一時的トランスフェクション では、典型的には、細胞の＜50% がトランスフェクションされる。実施例１４ プラスミドを、酵母延長因子ＥＦ−１αエンハンサーおよびプロモーターの制 御下にある配列番号３（図７）のβ−ラクタマーゼを使用して構成した。このプ ラスミドを、基質ＣＣＦ２（化合物７ｂ）のカリウム塩とともに単細胞段階のゼ ブラフィッシュ(zebrafish)の胚に共注入した。対照として、胚に、基質ＣＣＦ ２のカリウム塩のみを注入した。３時間後、胚を、紫色の励起光（フィルター 4 00DF15）および 435 nm のロングパス発光フィルターを使用して、エピ蛍光顕微 鏡で観察した。プラスミドＤＮＡを有する胚は青の蛍光を示したが、対照群では 緑の蛍光を示した。実施例１５ 配列番号３のβ−ラクタマーゼ遺伝子を、ガラスプロモーターの制御下にある ショウジョウバエ（Drosophila）形質転換ベクターにいれてクローン化し、野生 型ショウジョウバエの胚に注入した。対照として、β−ラクタマーゼ遺伝子を間 違った方向に挿入した。ショウジョウバエの胚を、Ｐ要素媒介形質転換を使用し て生殖系形質転換を行った。形質転換およびそれに続くハエの全ての操作は、標 準方法［karess R.E．および Rubin，G.M.，Cell 38，135，(1984)］を使用して 行った。遅い段階で形質転換した pupe の Omatidia を切断し、単細胞に解離し た。細胞を 40 μモルのＣＣＦ２／ｂｔＡＭａｃ₂（化合物３４）とともに緩衝 液中で 20 分間インキュベートし、洗浄して、エピ蛍光顕微鏡（励起フィルター 400DF15、発光フィルター 435 nm ロングパス）で観察した。適切な方向でβ− ラクタマーゼ遺伝子を形質転換したハエの Omatidia 細胞は青の蛍光を示し、適 切でない方向で遺伝子を含む Omatidia 細胞は緑の蛍光を示した。実施例１６ ある態様において、本発明の化合物は下記化合物のいずれかであってもよい。 ［式中、 Ｒ^yはＨ、ＣｌおよびＢｒから成る群から選択され； Ｒ^XはＨおよびメチルから成る群から選択され； Ｒ^ZおよびＲ^Z1は独立して、−Ｃ（Ｏ）alk 、−ＣＨ₂ＯＣ（Ｏ）alk 、−ＣＨ₂ ＳＣ（Ｏ）alk 、−ＣＨ₂ＯＣ（Ｏ）Ｏalk 、低級アシルオキシ−α−ベンジル およびδブチロラクトニル（alk は炭素数１〜４の低級アルキルである。）なら びにそれらの膜透過性蛍光原誘導体から成る群から選択され； Ｒ”は１−（アシルオキシ）アルキルである。］ 化合物の別の例は、下記式で表される化合物である。 ［式中、Ｒ^ZおよびＲ^Z1は独立して、−Ｃ（Ｏ）alk 、−ＣＨ₂ＯＣ（Ｏ）alk 、 −ＣＨ₂ＳＣ（Ｏ）alk 、−ＣＨ₂ＯＣ（Ｏ）Ｏalk 、低級アシルオキシ−α−ベ ンジルおよびδブチロラクトニル（alk は炭素数１〜４の低級アルキルである。 ）から成る群から選択さる。］ 化合物のまた別の例は、下記式で表される化合物である。 化合物の最後の例は、下記式で表される化合物である。 本出願で引用した文献および特許の全てを、各々の文献または特許に示されて いるのと同程度に、全ての目的のために、それらの全体を参考文献として本明細 書に組み入れる。 本発明は、β−ラクタマーゼの新規基質、β−ラクタマーゼおよびそれらの使 用方法を提供する。特定の実施例を記載したが、上記記載は説明のためのもので あって、それらに限定するものではない。本発明の様々な変更は、本明細書を考 慮すれば、当業者には明らかである。従って、本発明の範囲は、上記記載に限定 されるべきではなく、添付する請求の範囲に関連して、それと等価の全範囲に従 って決定すべきである。 本出願で引用した文献および特許の全てを、各々の文献または特許に示されて いるのと同程度に、全ての目的のために、それらの全体を参考文献として本明細 書に組み入れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ツロカルニック，グレゴール アメリカ合衆国 92117 カリフォルニア 州 サンディエゴ，ジェメツ ドライブ 3329番地

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．式(I)： 〔式中、 ＸおよびＹの一方は蛍光供与体部分またはその膜透過性誘導体であり、他方 は消光体部分、受容体蛍光団部分またはその膜透過性誘導体であり； R'はＨ、低級アルキル、(CH₂)_nOH、(CH₂)_nCOOR”および =NOJ よりなる群か ら選ばれ、ここで nは０または１〜５の整数であり、J はＨ、Me、CH₂COOH、CHM eCOOHまたはCMe₂COOHであり； R"はＨ、生理学的に許容される金属およびアンモニウムカチオン、-CHR²OCO (CH₂)_nCH₃、-CHR²OCOC(CH₃)₃、アシルチオメチル、アシルオキシ-α-ベンジル、 δ−ブチロラクトニル、メトキシカルボニルオキシメチル、フェニル、メチルス ルフィニルメチル、β−モルホリノエチル、ジアルキルアミノエチル、ジアルキ ルアミノカルボニルオキシメチルよりなる群から選ばれ、ここでR²はＨおよび低 級アルキルよりなる群から選ばれ； ＡはＳ、Ｏ、SO、SO₂およびCH₂よりなる群から選ばれ； Z'はＸのためのリンカーであり；そして Z"はＹのためのリンカーである〕 で表される化合物。 ２．Z'が直接結合、 〔ここで、R²およびn は先に定義したとおりであり、R³は水素および低級アル キルよりなる群から選ばれ、そして mおよびp はそれぞれが０〜４の整数よりな る群から独立に選ばれる〕よりなる群から選ばれる、請求項１に記載の化合物。 ３．Z"が発色団中のＯ、ＮおよびＳよりなる群から選ばれるヘテロ原子への直接 結合、 〔ここで、R²およびn は先に定義したとおりであり、m は０〜４の整数である 〕よりなる群から選ばれる、請求項１に記載の化合物。 ４．R'がＨおよびメチルよりなる群から選ばれる、請求項１に記載の化合物。 ５．R'がＨである、請求項４に記載の化合物。 ６．R"がＨおよびアセトキシメチルよりなる群から選ばれる、請求項１に記載の 化合物。 ７．R²がＨである、請求項１に記載の化合物。 ８．Ａが−Ｓ−である、請求項１に記載の化合物。 ９．ＸおよびＹの１つが蛍光供与体部分の膜透過性誘導体、または消光体部分も しくは受容体蛍光団部分の膜透過性誘導体であり、ＸおよびＹの少なくとも１つ が少なくとも１つのアシル化芳香族ヒドロキシル、アシル化アミン、またはアル キル化芳香族ヒドロキシルを含み、ここで該アシル基は１〜５個の炭素原 子を含み、該アルキル基は-CH₂OC(O)alk、-CH₂SC(O)alk、-CH₂OC(O)Oalk 、低級 アシルオキシ−α−ベンジル、およびδブチロラクトニルよりなる群から選ばれ 、alk は１〜４個の炭素原子の低級アルキルである、請求項１に記載の化合物。 10．ＸおよびＹの少なくとも１つが少なくとも１つのアシル化芳香族ヒドロキシ ルを含み、該アシル基がアセチル、n-プロピオニルまたはn-ブチリルである、請 求項９に記載の化合物。 11．前記の供与体が式II-VIIのクマリンであり、前記の消光体または受容体が式 VIII-XII、XLVII およびXLVII のフルオレセイン、ロドールおよびローダミンよ りなる群から選ばれる、請求項１に記載の化合物。 12．前記の供与体が式II-VIIのクマリンおよび式VIIIのフルオレセインよりなる 群から選ばれる、請求項11に記載の化合物。 13．前記の消光体または受容体が式VIII-XIIのフルオレセイン、ロドールおよび ローダミンよりなる群から選ばれる、請求項１に記載の化合物。 14．前記の供与体が式VIIIのフルオレセインであり、前記の消光体または受容体 が式VIII-XIIのロドールおよびローダミンよりなる群から選ばれる、請求項13に 記載の化合物。 15．前記のクマリンが7-ヒドロキシクマリンおよび7-ヒドロキシ-6-クロロクマ リンよりなる群から選ばれ、前記のフルオレセインがフルオレセインおよびジク ロロフルオレセインよりなる群から選ばれる、請求項12に記載の化合物。 16．前記の供与体がフルオレセインであり、前記の消光体または受容体がエオシ ンまたは式VIII（式中 R^a、R^b、R^cおよびR^dはBrまたはClである）のテトラクロ ロフルオレセインよりなる群から選ばれる、請求項13に記載の化合物。 17．前記の消光体または受容体が式VIII、IXまたはXIのロドールである、請求項 13に記載の化合物。 18．前記の消光体または受容体が式VIII、X またはXII のローダミンである、請 求項13に記載の化合物。 19．ＸおよびＹの少なくとも１つが芳香族ヒドロキシル基上にアセトキシメチル 基を含む膜透過性誘導体である、請求項９に記載の化合物。 20．Z'が-(CH₂)_nCONR²(CH₂)_m- である、請求項２に記載の化合物。 21．n およびm が０である、請求項20に記載の化合物。 22．R²がＨである、請求項20に記載の化合物。 23．Z"が-S(CH₂)_n- である、請求項３に記載の化合物。 24．ｎが０である、請求項23に記載の化合物。 25．式： 〔式中、 R^YはＨ、ClおよびBrよりなる群から選ばれ、 R^XはＨおよびメチルよりなる群から選ばれ、 R^ZおよびR^Z1は-C(O)alk、-CH₂OC(O)alk、-CH₂SC(O)alk、-CH₂OC(O)Oalk、低 級アシルオキシ-α-ベンジル、およびδブチロラクトニルよりなる群から独立に 選ばれ、ここでalk は１〜４個の炭素原子の低級アルキルであり、 R"は1-(アシルオキシ)アルキルである〕 で表される、請求項12に記載の化合物。 26．R^ZおよびR^Z1がアセチル、ブチリルおよびアセトキシメチルよりなる群から 選ばれる、請求項25に記載の化合物。 27．式： 〔式中、 R^YはＨ、ClおよびBrよりなる群から選ばれ、そして R^XはＨおよびメチルよりなる群から選ばれる〕 で表される、請求項12に記載の化合物。 28．式(11)： で表される請求項14に記載の化合物またはその膜透過性蛍光原誘導体。 29．式(16)： 〔式中、R^ZおよびR^Z1は-C(O)alk、-CH₂OC(O)alk、-CH₂SC(O)alk、-CH₂OC(O)Oa lk、低級アシルオキシ-α-ベンジル、およびδブチロラクトニルよりなる群から 独立に選ばれ、ここでalk は１〜４個の炭素原子の低級アルキルである〕 で表される、請求項16に記載の化合物。 30．式(22)： で表される請求項14に記載の化合物またはその膜透過性蛍光原誘導体。 31．式(25)： で表される請求項１に記載の化合物またはその膜透過性蛍光原誘導体。 32．R^YがClで、R^XがＨである(CCF2 または76)、請求項27に記載の化合物。 33．式： で表される、請求項15に記載の化合物。 34．R^ZおよびR"がアセトキシメチルであり、R^XがＨであり、そして各R^Z1がアセ チルである、請求項26に記載の化合物。 35．R^YがＨであり、そしてR^Xがメチルである(CCF1 7a)、請求項27に記載の化合 物。 36．前記の供与体が蛍光ユウロピウムおよびテルビウム錯体よりなる群から選ば れる、請求項１に記載の化合物。 37．前記の供与体がユウロピウムおよびテルビウムトリス-(ビピリジン)クリプ タンドおよび関連染料よりなる群から選ばれる、請求項36に記載の化合物。 38．前記の消光体または受容体がフタロシアニンおよび関連染料よりなる群から 選ばれる、請求項１に記載の化合物。 39．前記の消光体または受容体がフタロシアニンおよび関連染料よりなる群から 選ばれる、請求項37に記載の化合物。 40．式： で表される、請求項39に記載の化合物。 41．前記のクマリンが式(III)： 〔式中、 ＥはＨ、OH、OR^kおよびNR^gR^hよりなる群から選ばれ、 ＴはＯおよびNR^kよりなる群から選ばれ、 R^aおよびR^bは結合点、Ｈ、ハロゲンおよび低級アルキルよりなる群から独立 に選ばれ、 R^g、R^hおよびR^kは結合点、Ｈ、低級アルキルおよび-CH₂(CH₂)_na よりなる群 から独立に選ばれ、 Rⁱは結合点、Ｈ、ハロゲン、低級アルキル、CN、CF₃、フェニル、CO₂Hおよ びCONR^gR^hよりなる群から選ばれ、そして a はＨおよび結合点よりなる群から選ばれる〕 の化合物またはその膜透過性蛍光原誘導体である、請求項10に記載の化合物。 42．前記の受容体または消光体が式(VIII)： 〔式中、 ＥはＨ、OH、OR^kおよびNR^gR^hよりなる群から選ばれ、 ＧはＯおよびN⁺R^gR^hよりなる群から選ばれ、 Q'はＯ、CH₂、C(CH₃)₂およびNR^gよりなる群から選ばれ、 R^a、R^b、R^cおよびR^dは結合点、Ｈ、ハロゲンおよび低級アルキルよりなる群 から独立に選ばれ、 R^eは結合点、Ｈ、低級アルキル、(CH₂)_nCO₂H、(CH₂)_nCHaCO₂H 、CHa(CH₂)_nC O₂H、(CH₂)_nCOa 、CH=CHCOa、 よりなる群から選ばれ、 R^g、R^hおよびR^kは結合点、Ｈ、低級アルキルおよび-CH₂(CH₂)_na よりなる群 から独立に選ばれ、 n は０〜５の整数であり、 a およびa'はＨおよび結合点よりなる群から独立に選ばれる〕 の化合物またはその膜透過性蛍光原誘導体である、請求項11に記載の化合物。 43．前記の供与体が式II-VIIのクマリンおよびその膜透過性蛍光原誘導体よりな る群から選ばれる、請求項42に記載の化合物。 44．Q'がC(CMe₂)₂で、ＧがＯである請求項43に記載の化合物またはその膜透過性 蛍光原誘導体。 45． よりなる群から選ばれる、請求項43に記載の化合物。 46．試料がβ−ラクタマーゼ活性を含むか否かを判定する方法であって、 試料を、励起した際に蛍光共鳴エネルギー転移を示す請求項１に記載の化合 物と接触させ、 該化合物を励起させ、そして 該試料における蛍光共鳴エネルギー転移の度合を測定する、 ことを含んでなり、その場合、期待量よりも低い蛍光共鳴エネルギー転移度が β−ラクタマーゼ活性の存在を示すことを特徴とする方法。 47．試料中の蛍光共鳴エネルギー転移度の測定が、試料を基質と接触させた後に 第１の時期と第２の時期に蛍光共鳴エネルギー転移度を測定し、その蛍光共鳴エ ネルギー転移度の差を調べることを含んでなり、その場合、蛍光共鳴エネルギー 転移度の差が試料中の酵素の量を表していることを特徴とする、試料中の酵素の 量を測定するための、請求項１に記載の方法。 48．β−ラクタマーゼの発現をコードするヌクレオチド配列に機能的に連結させ た、脊椎動物細胞内で機能するように適合させた発現制御配列を含んでなる組換 え核酸分子。 49．前記のヌクレオチド配列がクラスＡβ−ラクタマーゼをコードする、請求項 48に記載の組換え核酸分子。 50．リボソーム結合部位のための哺乳動物Kozak 配列をさらに含む、請求項49に 記載の組換え核酸分子。 51．前記のヌクレオチド配列が図７の配列３または配列４である、請求項50に記 載の組換え核酸分子。 52．前記のヌクレオチド配列が図７の配列１または配列５である、請求項49に記 載の組換え核酸分子。 53．発現制御配列が誘導性の発現制御配列である、請求項48に記載の組換え核酸 分子。 54．発現制御配列が構成的に活性の発現制御配列である、請求項48に記載の組換 え核酸分子。 55．発現制御配列が c-fosプロモーターまたは c-junプロモーターを含む、請求 項48に記載の組換え核酸分子。 56．発現制御配列が環状AMP-応答エレメント、フォルボールエステル応答エレメ ント、血清応答エレメント、または活性化Ｔ細胞応答エレメントの核因子を含む 、請求項48に記載の組換え核酸分子。 57．発現制御配列が細胞表面レセプターをモジュレートする物質に応答する、請 求項48に記載の組換え核酸分子。 58．発現制御配列が細胞内レセプターをモジュレートする物質に応答する、請求 項48に記載の組換え核酸分子。 59．β−ラクタマーゼが細胞外分泌のためのシグナル配列を含む、請求項48に記 載の組換え核酸分子。 60．前記のヌクレオチド配列が図７の配列２である、請求項59に記載の組換え核 酸分子。 61．β−ラクタマーゼが細胞質ゾルのβ＝ラクタマーゼである、請求項48に記載 の組換え核酸分子。 62．前記のヌクレオチド配列が図７の配列１、配列３、配列４または配列５であ る、請求項61に記載の組換え核酸分子。 63．細胞質ゾルのβ−ラクタマーゼの発現をコードするヌクレオチド配列に機能 的に連結させた、脊椎動物細胞内で機能するように適合させた発現制御配列を含 んでなる組換え核酸分子。 64．前記のヌクレオチド配列がクラスＡβ−ラクタマーゼをコードする、請求項 63に記載の組換え核酸分子。 65．前記のヌクレオチド配列が図７の配列１、配列３、配列４または配列５であ る、請求項64に記載の組換え核酸分子。 66．発現制御配列が誘導性の発現制御配列である、請求項63に記載の組換え核酸 分子。 66．発現制御配列が構成的に活性の発現制御配列である、請求項63に記載の組換 え核酸分子。 67．発現制御配列が c-fosプロモーターまたは c-junプロモーターを含む、請求 項63に記載の組換え核酸分子。 68．発現制御配列が環状AMP-応答エレメント、フォルボールエステル応答エレメ ント、血清応答エレメント、または活性化Ｔ細胞応答エレメントの核因子を含む 、請求項63に記載の組換え核酸分子。 69．発現制御配列が細胞表面レセプターをモジュレートする物質に応答する、請 求項63に記載の組換え核酸分子。 70．発現制御配列が細胞内レセプターをモジュレートする物質に応答する、請求 項63に記載の組換え核酸分子。 71．β−ラクタマーゼの発現をコードするヌクレオチド配列に機能的に連結させ た、哺乳動物細胞内で機能するように適合させた発現制御配列を含んでなる組換 え核酸分子でトランスフェクトされた哺乳動物宿主細胞。 72．細胞中のβ−ラクタマーゼ活性の量を測定する方法であって、 β−ラクタマーゼの発現をコードする核酸配列に機能的に連結させた発現制 御配列を含んでなる組換え核酸分子でトランスフェクトされた宿主細胞を用意し 、 該細胞もしくは該細胞の抽出物またはならし培地を含む試料をβ−ラクタマ ーゼの基質と接触させ、そして 切断された基質の量を測定する、 ことを含んでなり、その場合、切断された基質の量がβ−ラクタマーゼ活性の 量に関係していることを特徴とする方法。 73．一組の発現制御配列に機能的に連結させた遺伝子の発現をモニターする方法 であって、 β−ラクタマーゼの発現をコードする核酸配列に機能的に連結させた発現制 御配列を含んでなる組換え核酸分子でトランスフェクトされた真核宿主細胞を用 意し、ただし、該真核細胞が真菌である場合はβ−ラクタマーゼが細胞質ゾルの β−ラクタマーゼであり、 該細胞もしくは該細胞の抽出物またはならし培地を含む試料をβ−ラクタマ ーゼの基質と接触させ、そして 切断された基質の量を測定する、 ことを含んでなり、その場合、切断された基質の量がβ−ラクタマーゼ活性の 量に関係していることを特徴とする方法。 74．真核細胞が哺乳動物細胞である、請求項73に記載の方法。 75．試料がならし培地を伴うまたは伴わない前記細胞からの抽出物を含む、請求 項73に記載の方法。 76．試料が細胞を含む、請求項73に記載の方法。 77．前記の基質が請求項１に記載の化合物であり、切断された基質の量を測定す るステップが該化合物を励起させて試料中の蛍光共鳴エネルギー転移度を測定す ることを含み、その場合、期待量よりも低い蛍光共鳴エネルギー転移度がβ−ラ クタマーゼ活性の存在を示す、請求項73に記載の方法。 78．前記のヌクレオチド配列がクラスＡβ−ラクタマーゼをコードする、請求項 73に記載の方法。 79．前記のヌクレオチド配列が図７の配列１、配列２、配列３、配列４または配 列５である、請求項78に記載の方法。 80．発現制御配列が誘導性の発現制御配列である、請求項73に記載の方法。 81．前記の細胞が動物細胞であり、β−ラクタマーゼが細胞質ゾルのβ−ラクタ マーゼである、請求項73に記載の方法。 82．試験化合物が一組の発現制御配列に機能的に連結させた遺伝子の発現を変更 するか否かを判定する方法であって、 β−ラクタマーゼの発現をコードする核酸配列に機能的に連結させた発現制 御配列を含んでなる組換え核酸構築物でトランスフェクトされた真核宿主細胞を 用意し、ただし、該真核細胞が真菌である場合はβ−ラクタマーゼが細胞質ゾル のβ−ラクタマーゼであり、 該細胞を試験化合物と接触させ、 該細胞または該細胞の抽出物を含む試料をβ−ラクタマーゼの基質と接触さ せ、そして 切断された基質の量を測定する、 ことを含んでなり、その場合、切断された基質の量がβ−ラクタマーゼ活性の 量に関係していることを特徴とする方法。 83．真核宿主細胞が哺乳動物細胞である、請求項82に記載の方法。 84．試料が細胞からの抽出物を含む、請求項82に記載の方法。 85．試料が細胞を含む、請求項82に記載の方法。 86．前記の基質が請求項１に記載の化合物であり、切断された基質の量を測定す るステップが該化合物を励起させて試料中の蛍光共鳴エネルギー転移度を測定す ることを含み、その場合、期待量よりも低い蛍光共鳴エネルギー転移度がβ−ラ クタマーゼ活性の存在を示す、請求項82に記載の方法。 87．前記のヌクレオチド配列がクラスＡβ−ラクタマーゼをコードする、請求項 82に記載の方法。 88．前記のヌクレオチド配列が図７の配列１、配列２、配列３、配列４または配 列５である、請求項87に記載の方法。 89．発現制御配列が誘導性の発現制御配列である、請求項85に記載の方法。 90．前記の細胞が動物細胞であり、β−ラクタマーゼが細胞質ゾルのβ−ラクタ マーゼである、請求項85に記載の方法。 91．β−ラクタマーゼの発現が細胞内レセプター、細胞表面レセプターまたは細 胞内シグナル伝達経路の成分の活性化または活性化の阻害により機能的に調節さ れる、請求項82に記載の方法。 92．細胞質ゾルβ−ラクタマーゼの発現をコードする核酸配列に機能的に連結さ せた発現制御配列を含んでなる組換え核酸分子でトランスフェクトされた細胞を 用意し、 該細胞を該発現制御配列の活性化を活性化するかまたは阻害する物質と接触 させ、 該細胞を、基質に変換される請求項９の化合物と接触させ、 基質が個々の各細胞内で切断されるか否かを調べ、その場合、切断がβ−ラ クタマーゼ活性を示しており、そして 所定のレベルのβ−ラクタマーゼ活性を有する細胞を選択し増殖させる、 ことを含んでなるクローン選択法。 93．選ばれた細胞を、活性化剤の不在下で、切断された基質が該細胞から実質的 に消失しかつβ−ラクタマーゼのレベルが非活性化レベルに戻るのに十分な時間 培養し、 その選ばれた細胞を、基質に変換される請求項９の化合物とともにインキュ ベートし、そして 基質を実質的に切断しなかった細胞を選択する、 ステップをさらに含む請求項92に記載の方法。