JPWO2018135598A1 - 新規蛍光標識方法 - Google Patents

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Abstract

【解決課題】蛍光ON/OFFの制御技術を用いた新規な細胞内タンパク質の蛍光標識の方法を提供すること。【解決手段】細胞内タンパク質を蛍光標識する方法であって、標識対象タンパク質と抗DNP抗体の融合タンパク質を細胞内で得ること、式(I)で表される化合物又はその塩を前記細胞と接触させること、及び前記融合タンパク質と式(I)で表される化合物又はその塩とを反応させることにより、前記対象タンパク質を蛍光標識することを含む、タンパク質を蛍光標識する方法。【選択図】なし

Description

本発明は、新規な細胞内タンパク質の蛍光標識方法、当該方法に用いる抗DNP抗体及び蛍光プローブに関る。
細胞機能の基盤となっている分子メカニズムの理解を目指す上では、細胞内における機能分子の分布がどのように時間発展していくのかをリアルタイムで追跡できる蛍光イメージング技術が有効な手段である。これまで細胞内でのタンパク質動態の解析においては解析対象のタンパク質に蛍光タンパク質GFPを遺伝子工学的に導入した融合タンパク質を用いた可視化解析が広く行われてきた(非特許文献1)。
GFPは27kDaの比較的小さい分子量のタンパク質であり蛍光を発する際に外部基質を必要とせず細胞内での対象タンパク質の簡便な蛍光標識に適しているため様々な蛍光標識のアプリケーションが試みられてきた。解析対象のタンパク質とGFPの融合タンパク質を細胞に発現させてその局在や動態を解析することで、転写因子や細胞骨格、受容体などの種々の分子の機能の解明が進んできた(非特許文献2、3)。
近年ケミカルバイオロジー的手法を導入したアプローチによる蛍光イメージングに有用な分子タグ技術が進展を遂げている。バクテリア由来のHaloアルカン脱ハロゲン化酵素の遺伝子改変によってHaloタグタンパク質として開発されている(非特許文献4)。
加えて、ほぼ同時期にDNA修復酵素のO6−アルキルグアニン−DNAアルキルトランスフェラーゼの改変によってSNAPタグタンパク質も開発されてきた(非特許文献5)。
これらのタグ技術では、Haloタグタンパク質とSNAPタグタンパク質それぞれに対して特異的な蛍光リガンドが共有結合することで標的分子に対して特異的な蛍光標識が可能である。例えば、Haloタグタンパク質に結合する光活性化色素を用いて化学固定標本及び生細胞で超解像イメージングを実現した報告や(非特許文献6)、SNAPタグを介して標識した蛍光色素を用いた蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)によってタンパク質の多量体形成の様子が計測されている(非特許文献7)。またリガンド指向型トシル化学と呼ばれるタンパク質標識法も報告されている(非特許文献8)。この方法では特定
のタンパク質に親和性を示す小分子リガンドが標的タンパク質に結合することで、リガンドに共有結合しているトシル基とタンパク質の活性中心付近のアミノ酸残基が反応し、リガンドが切り離されプローブ部分のみが標的タンパク質にラベル化される。
HaloタグやSNAPタグなどの分子タグ技術では用いる蛍光プローブは常に蛍光性であるため、蛍光プローブの標本へ非特異的に結合した蛍光プローブや細胞外に存在している未標識の蛍光分子由来の蛍光がバックグラウンドシグナルとして観察されてしまい、観察対象分子のコントラストの良い顕微鏡観察を妨げる要因となっている。このバックグラウンドシグナルを小さくするため、観察対象分子を蛍光標識した後、洗浄して、未反応の蛍光プローブを除去する必要がある。しなしながら、細胞内や生体内に存在する生体分子を洗浄するのは、一般的に困難であり、洗浄できない場合も多い。
上記の問題の解決のためには、標的分子に結合していない蛍光プローブは無蛍光(蛍光OFF)であり、蛍光プローブが標的分子に結合して初めて蛍光性(蛍光ON)となるような蛍光ON/OFFの制御技術が有望である。これまでに、いくつかの非蛍光性の色素が核酸(RNA)アプタマーと結合することで蛍光ONとなる性質を利用してRNAアプタマー配列を付加したrRNAの検出が可能であることが示されている(非特許文献9、10)。
しかしながら、未だ実用的に使用できるような蛍光ON/OFFの制御技術は開発されていない。
また、近年、光の回折限界に制限されないナノスケールの空間解像度を実現する超解像顕微鏡技術が開発され、飛躍的に進歩してきた(非特許文献11)。超解像顕微鏡技術では単一分子位置決定顕微鏡法(Single-molecule localization microscopy)超解像イメージの取得は、蛍光明滅条件下で蛍光色素の位置情報を取得することにより行われる。具体的には、測定視野の中の少数の蛍光分子のみを確率的に発光させ、発光場所の中心を数十nmの精度で決定する作業を繰り返し、約10,000枚の画像を再構成して超解像イメージが得られる。
単一分子位置決定顕微鏡法では、蛍光明滅させるためシアニン色素によるチオール及び光依存性フォトスイッチングを用いるが(非特許文献12)、この際に、還元剤としてチオール化合物を用いる必要がある。このチオール化合物は細胞毒性により生細胞への適用が困難であったため、細胞毒性のある還元剤等を使用せずに蛍光明滅ができる超解像イメージング技術が望まれているが、実用的な技術開発は未だに実現していない。
D. M. Chudakov, S. Lukyanov, K. A. Lukyanov, Fluorescent proteins as a toolkit for in vivo imaging. Trends in Biotechnology 23, 605-613 (2005). A. Miyawaki, Fluorescence imaging of physiological activity in complex systems using GFP-based probes. Current Opinion in Neurobiology 13, 591-596 (2003). R. Y. Tsien, The green fluorescent protein. Annual review of biochemistry 67, 509-544 (1998). G. V. Los et al., HaloTag: a novel protein labeling technology for cell imaging and protein analysis. ACS chemical biology 3, 373-382 (2008). T. Gronemeyer, C. Chidley, A. Juillerat, C. Heinis, K. Johnsson, Directed evolution of O6-alkylguanine-DNA alkyltransferase for applications in protein labeling. Protein engineering, design & selection : PEDS 19, 309-316 (2006). H. L. Lee et al., Superresolution imaging of targeted proteins in fixed and living cells using photoactivatable organic fluorophores. Journal of the American Chemical Society 132, 15099-15101 (2010). D. Maurel et al., Cell-surface protein-protein interaction analysis with time-resolved FRET and snap-tag technologies: application to GPCR oligomerization. Nat Methods 5, 561-567 (2008). S. Tsukiji, M. Miyagawa, Y. Takaoka, T. Tamura, I. Hamachi, Ligand-directed tosyl chemistry for protein labeling in vivo. Nature chemical biology 5, 341-343 (2009). J. S. Paige, K. Y. Wu, S. R. Jaffrey, RNA mimics of green fluorescent protein. Science 333, 642-646 (2011). R. L. Strack, M. D. Disney, S. R. Jaffrey, A superfolding Spinach2 reveals the dynamic nature of trinucleotide repeat-containing RNA. Nat Methods 10, 1219-1224 (2013). Huang, B. et al., Cell 143, 1047 (2010) Dempsey, G. T., et al. J. Am. Chem. Soc. 131, 18192 (2009) M. J. Rust, M. Bates, X. Zhuang, Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM). Nat Methods 3, 793-795 (2006). M. Heilemann, S. van de Linde, M. Schuettpelz, R. Kasper, B. Seefeldt, A. Mukherjee, P. Tinnefeld, M. Sauer, Subdiffraction-resolution fluorescence imaging with conventional fluorescent probes. Angew Chem Int Ed Engl 47, 6172-6176 (2008).
本発明は、蛍光ON/OFFの制御技術を用いた新規な細胞内タンパク質の蛍光標識の方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、当該蛍光標識法に好適に使用することができる抗体及び蛍光プローブを提供することも目的とする。
また、本発明は、当該蛍光標識法を用いた超解像イメージング技術を提供することも目的とする。
本発明者らは、細胞内で蛍光のON/OFFを制御する機能を付与した分子タグ技術を開発することを目的として、蛍光のON/OFF制御のために、蛍光色素が蛍光消光能を有する原子団(消光団)と近接することで起こる消光現象を利用した。ここで、本発明者らは、消光団と抗消光団抗体との結合によって消光現象が解除され、蛍光がON(蛍光性)となることを蛍光ON/OFF制御技術の基本原理として、鋭意検討した結果、抗DNP(ジニトロフェニル化合物)抗体を用いて蛍光物質の蛍光消光能を制御することにより、優れた蛍光ON/OFFの制御技術を提供できることを見出し、本発明を完成した。
また、本発明者らは、蛍光OFFである蛍光プローブ(QODEプローブ(Quenched Organic Dye Emission probe))と、抗消光団抗体と結合することで消光現象が解除され蛍光がONとなった分子タグ(De−QODEタグ(De-Quenching of Organic Dye Emission tag))との結合解離キネティックスを制御することにより、実用性の高い超解像イメージングを実現できることを見出した。
即ち、本発明は、
[1]細胞内タンパク質を蛍光標識する方法であって、
標識対象タンパク質と抗DNP(ジニトロフェニル化合物)抗体の融合タンパク質を細胞内で得ること、
下記式(I)で表される化合物又はその塩を前記細胞と接触させること、及び 前記融合タンパク質と下記式(I)で表される化合物又はその塩とを反応させることにより、前記対象タンパク質を蛍光標識することを含む、
タンパク質を蛍光標識する方法。
Figure 2018135598
(前記式(I)中、
Sは、蛍光性基であり、
Lは、リンカーであり、
は、一価の置換基であり、
mは、0〜2の整数であり、
nは、0〜2の整数であり、
mが2の場合は、nは0であり、
mが1の場合は、nは1又は0であり、
mが0の場合は、nは2であり、
nが2の場合は、Rの一価の置換基は同じであっても異なっていてもよい。)
[2]Rの一価の置換基が、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、シアノ基、エステル基、アミド基、アルキルスルホニル基、少なくとも1以上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭素数1〜10のアルキル基、及び少なくとも1以上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭素数1〜10のアルコキシ基からなる群から選択される、[1]に記載の方法。
[3]細胞内タンパク質を蛍光標識する方法であって、
標識対象タンパク質と抗DNP(ジニトロフェニル化合物)抗体の融合タンパク質を細胞内で得ること、
下記式(Ia)で表される化合物又はその塩を前記細胞と接触させること、及び
前記融合タンパク質と下記式(Ia)で表される化合物又はその塩とを反応させることにより、前記対象タンパク質を蛍光標識することを含む、
タンパク質を蛍光標識する方法。
Figure 2018135598
(前記式(Ia)中、
Sは、蛍光性基であり、
Lは、リンカーであり、
m1は、1又は2である。)
[4]前記融合タンパク質における前記抗DNP抗体は、
配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR1、配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR2及び配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR3を含む軽鎖、並びに
配列番号4に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR1、配列番号5に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR2及び配列番号6に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR3を含む重鎖
からなる抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントである、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の方法。
配列番号1:QEISGY
配列番号2:AAS
配列番号3:VQYASYPYT
配列番号4:GFTFSNYWMNW
配列番号5:IRLKSNNYAT
配列番号6:TGYYYDSRYGY
[5]前記抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントが一本鎖Fv(scFv)である、[4]に記載の方法。
[6]前記抗DNP抗体は、配列番号7のアミノ酸を90%以上の相同で有するアミノ酸配列からなり、配列番号1〜6で示されるアミノ酸配列を含む、[4]又は[5]に記載の方法。
配列番号7:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS
[7]前記アミノ酸配列が配列番号7である、[6]に記載の方法。
[8]前記融合タンパク質における前記抗DNP抗体は、配列番号7のアミノ酸を90%以上の相同で有するアミノ酸配列からなり、配列番号1〜6で示されるアミノ酸配列を含み、かつ、配列番号1〜6のいずれかで表されるアミノ酸配列において以下の少なくとも1つの置換:
(a)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
(b)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
されたアミノ酸配列からなる、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の方法。
[9]前記融合タンパク質における前記抗DNP抗体は、配列番号7のアミノ酸において以下の置換:
(1)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
(2)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
されたアミノ酸配列からなる、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の方法。
[10]前記融合タンパク質を得ることが、前記融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを得ること、前記融合タンパク質を発現可能なプラスミド若しくはベクターを得ること、細胞内で前記融合タンパク質を発現させること、又は、発現した前記融合タンパク質を単離することを含む、[1]〜[9]のいずれか1項に記載の方法。
[11]前記リンカーが、T−Yで表され、Yは蛍光性基であるSと結合する結合基を表し、Tは架橋基を表す、[1]〜[10]のいずれか1項に記載の方法。
[12]前記結合基が、アミド基、アルキルアミド基、カルボニルアミノ基、エステル基、アルキルエステル基又はアルキルエーテル基から選択される、[11]に記載の方法。
[13]Sが、以下の式(II)で表される、[1]〜[12]のいずれか1項に記載の方法。
Figure 2018135598
は、水素原子を示すか、又はベンゼン環上に存在する1ないし4個の同一又は異なる一価の置換基を示し;
は、水素原子、一価の置換基又は結合を示し;
及びRは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6個のアルキル基、ハロゲン原子又は結合を示し;
及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜6個のアルキル基、アリール基又は結合を示し、但し、Xが酸素原子の場合は存在しない;
及びRは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6個のアルキル基、ハロゲン原子又は結合を示し;
Xは、酸素原子又は珪素原子を示し;
*は、ベンゼン環上の任意の位置における式(I)のLとの結合箇所を表す。)
[14]Sが、以下の式(III)で表される、[1]〜[12]のいずれか1項に記載の方法。
Figure 2018135598
(式中、R〜R、Xは、式(II)で定義した通りであり;
及びR10は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6個のアルキル基を示し、
及びR10は一緒になってR及びR10が結合している窒素原子を含む4〜7員のヘテロシクリルを形成していてもよく、
又はR10は、或いは、R及びR10の両方は、夫々、R又はRと一緒になって、R又はR10が結合している窒素原子を含む5〜7員のヘテロシクリル又はヘテロアリールを形成していてもよく、環構成員として酸素原子、窒素原子及び硫黄原子からなる群から選択される1〜3個の更なるヘテロ原子を含有していてもよく、更に該ヘテロシクリル又はヘテロアリールは、炭素数1〜6個のアルキル、炭素数2〜6個のアルケニル、又は炭素数2〜6個のアルキニル、炭素数6〜10個のアラルキル基、炭素数6〜10個のアルキル置換アルケニル基で置換されていてもよく;
11及びR12は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6個のアルキル基を示し、
11及びR12は一緒になってR11及びR12が結合している窒素原子を含む4〜7員のヘテロシクリルを形成していてもよく、
11又はR12は、或いは、R11及びR12の両方は、夫々、R又はRと一緒になって、R11又はR12が結合している窒素原子を含む5〜7員のヘテロシクリル又はヘテロアリールを形成していてもよく、環構成員として酸素原子、窒素原子及び硫黄原子からなる群から選択される1〜3個の更なるヘテロ原子を含有していてもよく、更に該ヘテロシクリル又はヘテロアリールは、炭素数1〜6個のアルキル、炭素数2〜6個のアルケニル、又は炭素数2〜6個のアルキニル、炭素数6〜10個のアラルキル基、炭素数6〜10個のアルキル置換アルケニル基で置換されていてもよく;
*は、ベンゼン環上の任意の位置における式(I)のLとの結合箇所を表す。)
[15]配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR1、配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR2及び配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR3を含む軽鎖、並びに
配列番号4に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR1、配列番号5に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR2及び配列番号6に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR3を含む重鎖
からなる抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメント。
配列番号1:QEISGY
配列番号2:AAS
配列番号3:VQYASYPYT
配列番号4:GFTFSNYWMNW
配列番号5:IRLKSNNYAT
配列番号6:TGYYYDSRYGY
[16]前記抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントが一本鎖Fv(scFv)である、[15]に記載の抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメント。
[17]配列番号7のアミノ酸を90%以上の相同で有するアミノ酸配列からなり、配列番号1〜6で示されるアミノ酸配列を含む、[15]又は[16]に記載の抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメント。
配列番号7:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS
[18]前記アミノ酸配列が配列番号7である、[17]に記載の抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメント。
[19]配列番号7のアミノ酸を90%以上の相同で有するアミノ酸配列からなり、配列番号1〜6で示されるアミノ酸配列を含み、かつ、配列番号1〜6のいずれかで表されるアミノ酸配列において以下の少なくとも1つの置換:
(a)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
(b)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
されたアミノ酸配列からなる、抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメント。
[20]配列番号7のアミノ酸において以下の置換:
(1)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
(2)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
されたアミノ酸配列からなる、抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメント。
[21][15]〜[18]のいずれか1項に記載の抗体又はその抗原結合性フラグメントをコードする単離された核酸。
[22]配列番号8に示される塩基配列からなる、[21]に記載の核酸。
配列番号8:
ATGGCGGACTACAAAGACATTGTGCTGACCCAGTCTCCATCCTCTTTATCTGCCTCTCTGGGAGAAAGAGTCAGTCTCACTTGTCGGTCAAGTCAGGAAATTAGTGGTTACTTAGGCTGGCTTCAGCAGAAACCAGATGGAAGTATTAAACGCCTGATCTACGCCGCATCCACTTTAGATTCTGGTGTCCCAAAAAGGTTCAGTGGCAGTAGGTCTGGGTCAGATTATTCTCTCACCATCAGCAGCCTTGAGTCTGAAGATTTTGCAGACTATTATTGTGTACAATATGCTAGTTATCCGTACACGTTCGGAGGGGGGACCAAGCTGGAAATGAAACGCGGTGGTGGTGGTTCTGGTGGTGGTGGTTCTGGCGGCGGCGGCTCCGGTGGTGGTGGATCCCAGATTCAGCTTCAGGAGTCTGGAGGAGGCTTGGTGCAACCTGGAGGATCCATGAAACTCTCCTGTGTTGCCTCTGGATTCACTTTCAGTAACTACTGGATGAACTGGGTCCGCCAGTCTCCAGAGAAGGGGCTTGACTGGGTTGCTGAAATTAGATTGAAATCTAATAATTATGCAACACATTATGCGGAGTCTGTGAAAGGGAGGTTCACCATCTCAAGAGATGATTCCAAAAGTAGTGTCTACCTGCAAATGAACAACTTAAGAGCTGAAGACACTGGCATTTATTACTGTACCGGTTATTACTACGATAGTAGGTACGGCTACTGGGGCCAAGGCACCACGGTCACCGTCTCCTCGGCCTCG
[23][20]又は[21]に記載の抗体又はその抗原結合性フラグメントをコードする単離された核酸。
[24][21]〜[23]のいずれか1項に記載の核酸を含むプラスミド又はベクター。
[25]前記式(I)で表される化合物又はその塩を含む、[1]〜[10]のいずれか1項に記載の方法に用いる蛍光プローブ。
Figure 2018135598

(前記式(I)中、
Sは、蛍光性基であり、
Lは、リンカーであり、
mは、1又は2の整数である。)
[26]in vivoイメージングに用いられる、[25]に記載の蛍光プローブ。
[27]以下の式で表される化合物又はその塩。
Figure 2018135598
Figure 2018135598
Figure 2018135598
Figure 2018135598
Figure 2018135598
Figure 2018135598
Figure 2018135598
Figure 2018135598
[28]標識対象タンパク質と抗DNP(ジニトロフェニル化合物)抗体の融合タンパク質を細胞内で得ること、
下記式(I)で表される化合物又はその塩を前記細胞と接触させること、及び
前記融合タンパク質と下記式(I)で表される化合物又はその塩とを反応させることにより、前記対象タンパク質を蛍光標識することを含む、
超解像イメージング法。
Figure 2018135598
(前記式(I)中、
Sは、蛍光性基であり、
Lは、リンカーであり、
は、一価の置換基であり、
mは、0〜2の整数であり、
nは、0〜2の整数であり、
mが2の場合は、nは0であり、
mが1の場合は、nは1又は0であり、
mが0の場合は、nは2であり、
nが2の場合は、Rの一価の置換基は同じであっても異なっていてもよい。)
[29]単一分子位置決定顕微鏡法を用いる、[28]に記載の超解像イメージング法。
[30]前記融合タンパク質における前記抗DNP抗体は、配列番号7のアミノ酸を90%以上の相同で有するアミノ酸配列からなり、配列番号1〜6で示されるアミノ酸配列を含み、かつ、配列番号1〜6のいずれかで表されるアミノ酸配列において以下の少なくとも1つの置換:
(a)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
(b)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
されたアミノ酸配列からなる、[28]又は[29]に記載の超解像イメージング法。
[31]前記融合タンパク質における前記抗DNP抗体は、配列番号7のアミノ酸において以下の置換:
(1)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
(2)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
されたアミノ酸配列からなる、[28]〜[30]のいずれか1項に記載の超解像イメージング法。
[32]以下の式(I)で表される化合物又はその塩を含む、[28]〜[31]のいずれか1項に記載の超解像イメージング法に用いられる蛍光プローブ。
Figure 2018135598
式(I)中、Sは、蛍光性基であり、Lは、リンカーであり、Rは、一価の置換基である。mは、0〜2の整数であり、nは、0〜2の整数であり、mが2の場合は、nは0であり、mが1の場合は、nは1又は0であり、mが0の場合は、nは2であり、nが2の場合は、Rの一価の置換基は同じであっても異なっていてもよい。
[33]Rの一価の置換基が、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、シアノ基、エステル基、アミド基、アルキルスルホニル基、少なくとも1以上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭素数1〜10のアルキル基、及び少なくとも1以上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭素数1〜10のアルコキシ基からなる群から選択される、[31]に記載の蛍光プローブ。
[34]以下の式(Ib)で表される化合物又はその塩を含む、[32]又は[33]に記載の超解像イメージング法に用いられる蛍光プローブ。
Figure 2018135598
式(Ib)中、Sは、蛍光性基であり、Lは、リンカーであり、R及びRは、以下の組合せから選択される。
(R、R):(NO、p−NO)、(NO、p−Br)、(NO、p−SOMe)、(NO、p−Cl)、(NO、m−CN)、(NO、p−CN)、(NO、p−COOMe)、(CF、p−CF)、(NO、p−CONHMe)、(NO、m−COOMe)、(NO、H)
(ここで、p−及びm−は、夫々、Rがベンゼン環上でLに対してパラ位及びメタ位にあることを表す。)
を、提供するものである。
本発明により、新規で有用な、細胞内で蛍光のON/OFFを制御する機能を付与した分子タグ技術を提供することができる。
本発明の分子タグ技術を用いることで、優れた細胞内タンパク質の蛍光標識方法を提供することができ、本発明の蛍光標識法により、生細胞において蛍光分子の局在を極めて低いバックグラウンド蛍光の下で高いコントラストで蛍光観察することが可能となった。更に、本発明の蛍光標識法によって、生細胞内中で標識した機能分子を対象としてライブセルイメージングや超解像イメージングである構造化照明顕微鏡法(SIM:Structured Illumination Microscopy)が可能となる。
本発明の分子タグ技術をライブセルイメージングや超解像イメージングに応用することで、分子動態の追跡やナノスケールの空間解像度での微細構造の解析を実現し細胞機能の基盤となる分子メカニズムの解明に寄与することが期待される。
また、本発明により、蛍光OFFである蛍光プローブ(QODEプローブと、抗消光団抗体と結合することで消光現象が解除され蛍光がONとなった分子タグ(De−QODEタグ)との結合解離キネティックスを制御することにより、実用性の高い超解像イメージングを実現することができる。
本発明における蛍光のON/OFF制御を可能にする分子タグ技術のデザイン 実施例における消光現象を利用した分子タグ技術開発のスキーム 抗DNPモノクローナル抗体のELISA及び蛍光スクリーニング(A:ELISAによる抗DNPモノクローナル抗体のスクリーニング結果、B:SRB−DNPをハイブリドーマ上清蛍光強度の増加を指標とした抗DNPモノクローナル抗体のスクリーニング結果、C: SRB−DNPの蛍光変化率の上位27ウェルのハイブリドーマ培養上清の4種類の蛍光団−DNPに対する蛍光変化率) 抗DNP scFVのアミノ酸配列 培養細胞での抗DNP scFvの発現テストの結果 6SiR−DNPの吸収、蛍光スペクトル(A:6SiR−DNPの構造式、B:6SiR−DNPの吸収スペクトル、C:6SiR−DNPの蛍光スペクトル。破線は5D4非存在下、実線は2.5μMの5D4存在下での蛍光スペクトル) 6OG−DNP、6DCF−DNP、6JF549−DNP、6SiR600−DNP、6SiR−DNP及び6SiR700−DNPの蛍光スペクトル(短波長側から6OG−DNP、6DCF−DNP、6JF549−DNP、6SiR600−DNP、6SiR−DNP、6SiR700−DNPの順で示される) オルガネラに局在ペプチドを付加した分子タグを発現した細胞の蛍光像。DIC(微分干渉顕微鏡)像とECFP及び6SiR−DNPの蛍光像を示す。(A:細胞質にECFPのみを発現させた細胞の蛍光像。B:細胞質にECFP−5D4を発現させるが、6SiR−DNPを負荷しない際の蛍光像。C:細胞質にECFP−5D4を発現させた細胞での蛍光像。D、E、F、核(D)、細胞膜(E)、小胞体(F)の局在化シグナル配列を付加したECFP−5D4を発現させたHeLa細胞のDIC像、ECF及び6SiR−DNPの蛍光像。Fの下の画像は黄色枠内を拡大した像。スケールバーは細胞の全体像では10μm、拡大像のみ2μm。) 細胞内分子と分子タグの融合タンパク質を発現させた細胞の蛍光像。(A:チューブリンと5D4の融合タンパク質を発現させたHela細胞での6SiR−DNPの蛍光像。B:アクチンと5D4の融合タンパク質を発現させたHela細胞での6SiR−DNPの蛍光像。C:アクチン結合ペプチドLifeactと5D4の融合タンパク質を発現させたHela細胞での6SiR−DNPの蛍光像。D:STIM1と5D4の融合タンパク質を発現させたHela細胞での6SiR−DNPの蛍光像。スケールバーは細胞の全体像は10μm、拡大像は2μm。) STIM1−5D4のライブセルイメージングの結果。STIM1−5D4を発現させたHeLa細胞のタイムラプスイメージング画像。(黄色枠の拡大図をそれぞれの枠の下部に示す。矢じりは着目した分子を示す。スケールバーは細胞の全体像では10μm、拡大像では2μm。) 生きた細胞標本のSIMによる超解像イメージングの結果。(A:チューブリン−5D4を発現させたHela細胞の通常の蛍光像。B:チューブリン−5D4を発現させたHela細胞のSIM画像。C:チューブリン−5D4を発現させたHela細胞のタイムラプスSIM画像。D、Cの白枠で囲った部分の拡大図を2つの視野について示した。矢じりは着目した微細構造を示す。スケールバーはA、B、Cでは2μm、Dでは500nm。) 6DCF−DNPと5D4との結合解離キネティックの模式図 5D4の点変異導入スクリーニングの結果 生きた細胞における小胞体の超解像イメージング 5D4発現細胞の特異的なin vivoイメージング タグ・プローブの結合解離平衡に基づく長期安定な蛍光イメージング
本発明の1つの実施態様は、細胞内タンパク質を蛍光標識する方法であって、標識対象タンパク質と抗DNP(ジニトロフェニル化合物)抗体の融合タンパク質を細胞内で得ること、式(I)で表される化合物又はその塩を前記細胞と接触させること、及び前記融合タンパク質と式(I)で表される化合物又はその塩とを反応させることにより、前記対象タンパク質を蛍光標識することを含む、タンパク質を蛍光標識する方法である。

Figure 2018135598
式(I)中、Sは、蛍光性基であり、Lは、リンカーであり、Rは、一価の置換基である。mは、0〜2の整数であり、nは、0〜2の整数であり、mが2の場合は、nは0であり、mが1の場合は、nは1又は0であり、mが0の場合は、nは2であり、nが2の場合は、Rの一価の置換基は同じであっても異なっていてもよい。
また、本発明のもう1つの実施態様は、細胞内タンパク質を蛍光標識する方法であって、標識対象タンパク質と抗DNP(ジニトロフェニル化合物)抗体の融合タンパク質を細胞内で得ること、式(Ia)で表される化合物又はその塩を前記細胞と接触させること、及び前記融合タンパク質と式(Ia)で表される化合物又はその塩とを反応させることにより、前記対象タンパク質を蛍光標識することを含む、タンパク質を蛍光標識する方法である。
Figure 2018135598
式(Ia)中、Sは、蛍光性基であり、Lは、リンカーであり、m1は、1又は2である。
即ち、本発明においては、特定の抗DNP抗体を用いて、抗体が蛍光団−色素に結合したときに消光が解除されるという化学的なメカニズムを利用して蛍光のON/OFF制御を行うことが重要である。
本発明のON/OFF制御を可能にする分子タグ技術の概念図を図1に示す。Fは蛍光色素、Qは消光団を示す。蛍光色素とDNP(ジニトロフェニル基)が近接した際は、定常時はDNPにより消光され蛍光を発しない(図1のA;蛍光OFFの際の模式図)。一方、細胞内に発現させた抗DNP抗体とDNPが結合すると、DNPの消光能が消失し、蛍光団−色素が蛍光性となる(図1のB;蛍光ONの際の模式図)。
本発明の蛍光標識の方法は、標識対象タンパク質と抗DNP抗体の融合タンパク質を細胞内で得ることを含む。
本発明の方法において細胞内で得られる融合タンパク質における抗DNP抗体(以下「本発明の抗DNP抗体」とも言う。)、抗体の重鎖と軽鎖の可変領域のみを短いアミノ酸リンカーで繋いだ抗体又はその抗原結合性フラグメントである。
本発明の抗DNP抗体は、好ましくは、一本鎖Fv(scFv)である。また、本発明の抗DNP抗体は、好ましくは、分子量が30kDa程度の抗体である。
通常の抗体は、重鎖と軽鎖がジスルフィド結合で繋がった分子量が60kDa程度の分子である。全長の抗体は細胞内が還元的環境であるため正常なフォールディングに必要な複数のジスルフィド結合の形成に適しておらず、正常なフォールディング状態を保って細胞内で発現させることが困難である。これに対して、本発明の抗体は、抗体の重鎖と軽鎖の可変領域のみを短いアミノ酸リンカーで繋いだ構造を有しているため、細胞内で発現させることが比較的容易である。
本発明の好ましい態様においては、抗DNP抗体は、配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR1、配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR2及び配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR3を含む軽鎖、並びに、配列番号4に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR1、配列番号5に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR2及び配列番号6に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR3を含む重鎖からなる抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントである。
配列番号1:QEISGY
配列番号2:AAS
配列番号3:VQYASYPYT
配列番号4:GFTFSNYWMNW
配列番号5:IRLKSNNYAT
配列番号6:TGYYYDSRYGY
上記の抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントは、好ましくは、一本鎖Fv(scFv)である。
抗DNP抗体はこれまでに免疫学領域の研究において広く用いられておりハプテン(不完全抗原)として知られている。しかしながら抗DNP抗体による消光能の制御を介した色素化合物の蛍光性を制御するためには、抗DNP抗体を細胞内に安定に発現させる必要がある。そのために抗、本発明の方法で用いる抗DNP抗体では抗体を小型化して一本鎖抗体(scFv)化することで細胞内への発現効率の向上が可能である。
本発明の抗DNP抗体の好ましい側面は、以下の配列番号7のアミノ酸を90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上の相同で有するアミノ酸配列からなり、配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR1、配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR2及び配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR3を含む軽鎖、並びに、配列番号4に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR1、配列番号5に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR2及び配列番号6に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR3を含む抗体又はその抗原結合性フラグメントである。
配列番号7:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS
本発明の抗DNP抗体の好ましい側面は、アミノ酸配列が配列番号7である抗体又はその抗原結合性フラグメントである。
本発明の蛍光標識の方法においては、上記で説明したようなマウス等に由来するscFvの抗DNP抗体を用いるのが好ましい。
一方、本発明の蛍光標識の方法においては、マウス等に由来するscFvの抗体以外にもラマなどのラクダ科の動物が産生する重鎖抗体(VHH)を使用することもできる。VHHは重鎖のみで構成され、分子量が約15kDaであり単一ドメイン抗体であるため、他のタンパク質やペプチドと融合する事や細胞内で発現させることが容易である。また、CDR3領域が他のIgG抗体より長いため抗原と高いアフィニティーを持ちやすく、変性しても天然の構造へ巻き戻りやすい性質を備えているためタグとして非常に有用である。
本発明の蛍光標識の方法においては、標識対象タンパク質と抗DNP抗体の融合タンパク質を得ることは、融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを得ること、前記融合タンパク質を発現可能なプラスミド若しくはベクターを得ること、細胞内で前記融合タンパク質を発現させること、又は、発現した前記融合タンパク質を単離することを含んでもよい。
融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドは、標識対象タンパク質をコードするポリヌクレオチド、抗DNP抗体をコードするポリヌクレオチド等を用い、通常の方法に従い、融合タンパク質を発現可能なプラスミド又はベクターを調製することができる。
融合タンパク質は、標準的な技術(化学結合体化を含む)を使用して一般的に調製され得る。簡潔には、ポリペプチド成分をコードするDNA配列は、別個にアセンブリされ得、そして、適切な発現ベクターとして連結され得る。1つのポリペプチド成分をコードするDNA配列の3’末端は、ペプチドリンカーを用いてかまたはそれを用いずに、第2のポリペプチド成分をコードするDNA配列の5’末端に連結され、その結果、その配列のリーディングフレームの、フェーズ(相)は一致する。このことによって、成分ペプチドの両方の生物学的活性を保持する単一の融合ペプチドへと翻訳されることが可能となる。
また、十分な距離で第1のポリペプチドと第2のポリペプチドを隔てるために、リンカー配列が使用され得、ポリペプチドの各々が、その高次構造にフォールドし、また、互いの機能を阻害しないことが期待できる。このようなリンカーは、ペプチド、ポリペプチド、アルキル鎖または他の従来型スペーサー分子であり得る。
標識対象タンパク質としては、任意のタンパク質を用いることができ、例えば、細胞骨格タンパク質、イオンチャネル、受容体が挙げられる。
本発明の蛍光標識の方法においては、融合タンパク質を発現可能なプラスミド又はベクターを細胞内又は生体内に導入することにより、融合タンパク質を得ることが好ましい。
本発明の蛍光標識の方法においては、上記の融合タンパク質が得られた細胞と、下記の式(I)で表される化合物又はその塩を前記細胞と接触させることを含む。
Figure 2018135598
式(I)において、Sは、蛍光性基であり、Lは、リンカーであり、Rは、一価の置換基である。
また、式(I)において、mは、0〜2の整数であり、nは、0〜2の整数であり、mが2の場合は、nは0であり、mが1の場合は、nは1又は0であり、mが0の場合は、nは2であり、nが2の場合は、Rの一価の置換基は同じであっても異なっていてもよい。
本明細書において、「アルキル基」又はアルキル部分を含む置換基(例えばアルコキシ基など)のアルキル部分は、特に言及しない場合には例えば炭素数1〜6個、好ましくは炭素数1〜4個、更に好ましくは炭素数1〜3個程度の直鎖、分枝鎖、環状、又はそれらの組み合わせからなるアルキル基を意味している。より具体的には、アルキル基として、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、シクロプロピルメチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基などを挙げることができる。
本明細書において「ハロゲン原子」という場合には、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子のいずれでもよく、好ましくはフッ素原子、塩素原子、又は臭素原子である。
の一価の置換基は、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、シアノ基、エステル基、アミド基、アルキルスルホニル基、少なくとも1以上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭素数1〜10のアルキル基、及び少なくとも1以上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭素数1〜10のアルコキシ基からなる群から選択される。
の一価の置換基としてのアルキル基としては、好ましくはメチル基である。
アルコキシ基としては、好ましくはメトキシ基である。
エステル基としては、好ましくはメチルエステル基である。
アミド基としては、好ましくはメチルアミド基である。
アルキルスルホニル基としては、好ましくはメチルスルホニル基である。
少なくとも1以上の水素原子がフッ素原子で置換されているアルキル基としては、好ましくは三フッ化メチル基である。
少なくとも1以上の水素原子がフッ素原子で置換されているアルコキシ基としては、好ましくは三フッ化メトキシ基である。
式(I)において、mは、0〜2の整数であり、nは、0〜2の整数である。
mが2の場合は、nは0であり、即ち、式(I)の化合物は、ベンゼン環に2つのニトロ基が結合した構造を有する。
mが1の場合は、nは1又は0である。ここで、nが1の場合は、式(I)の化合物は、ベンゼン環に1つのニトロ基と1つのRが結合した構造を有し、nが0の場合は、式(I)の化合物は、ベンゼン環に1つのニトロ基が結合した構造を有する。
mが0の場合は、nは2であり、即ち、式(I)の化合物は、ベンゼン環に2つのRが結合した構造を有する。
式(I)において、mが2でnが0である化合物、及び、mが1でnが1である化合物は、以下の式(Ia)によっても表される。
Figure 2018135598
式(Ia)中、Sは、蛍光性基であり、Lは、リンカーであり、m1は、1又は2である。
以下において式(I)で表される化合物又はその塩及び式(Ia)で表される化合物又はその塩を合わせて「本発明の化合物」とも言う。
即ち、本発明の蛍光標識の方法においては、上記の融合タンパク質が得られた細胞と、上記の式(Ia)で表される化合物又はその塩を前記細胞と接触させることも含む。
式(I)及び(Ia)のリンカーは、T−Yで表すことができ、Yは蛍光性基であるSと結合する結合基を表し、Tは架橋基を表す。
Yの結合基は、アミド基(−CONH−、−CONR’−、−R−CONH−、、−R−CONR’−)、アルキルアミド基(−CONH−R−、−CONR’−R−、)、エステル基(−COO−)、アルキルエステル基(−R−COO−、−COO−R−)、カルボニルアミノ基(−NHCO−、−NR’CO−)又はアルキルエーテル基(−RO−、−OR−)から選択される。ここで、Rは二価の炭化水素基を表し、好ましくは炭素数1〜10のアルキレン基、より好ましくは1〜5のアルキレン基である。また、R’は、炭素数1〜5のアルキルを表す。
Tの架橋基としては、Yの結合基と式(I)又は(Ia)の化合物のベンゼン環とを連結させるスペーサーとして働く任意の架橋基を用いることができる。例えば、置換又は無置換の二価の炭化水素基(アルカン、アルケン、アルキン、シクロアルカン、芳香族炭化水素など)、ジアルキルエーテル基(例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル等)、エチレングリコール基、ジエチレングリコール基、トリエチレングリコール基、ポリエチレングリコール基、アミド基、カルボニルなど、及び複素環基(例えば、二価のピペリジン環など)、これらの2以上の組合せなどが挙げられるが、これらに限定されない。また、上記架橋基は、その片方または両方の端部に、Y、式(I)又は(Ia)の化合物のベンゼン環と結合することができる官能基を有してもよく、このような官能基として、例えば、アミノ基、アルキルアミノ基、アミノアルキル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミド基、アルキルアミド基などが挙げられる。
また、Tの架橋基には、T−(W)−Tの式で表されるものも含まれる。ここで、T及びTとして、各々上記で例示した架橋基を用いることができる。Wは、存在する場合は、TとTを連結する基であり、例えば、アミノ基、アルキルアミノ基、アミノアルキル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミド基、アルキルアミド基などが挙げられる。
このような架橋基の例として、トリエチレングリコール基と、ジエチレングルコール基をアミド基、アルキルアミド基等を介して結合させたものが挙げられるがこれらに限定されない。更に、T−(W)−Tの式で表される架橋基は、その片方または両方の端部に、Y、式(I)又は(Ia)の化合物のベンゼン環と結合することができる官能基(例えば、アミノ基、アルキルアミノ基、アミノアルキル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミド基、アルキルアミド基など)を有してもよい。
式(Ia)において、m1は、1又は2であるが、好ましくは2である。
式(Ia)の化合物において、m1が1の場合、ニトロ基はLに対してベンゼン環上のオルト位又はパラ位にあるのが好ましく、m1が2の場合は、ニトロ基はLに対してベンゼン環上のオルト位とパラ位にあるのが好ましい。
Sは、蛍光色素であり、好ましくはキサンテン色素、シアニン色素、クマリン色素、ジピロメテン色素、又はベンゾフェノキサジン色素である。
本発明の化合物の1つの好ましい側面において、Sは、以下の式(II)で表される。
Figure 2018135598
式(II)において、Rは、水素原子を示すか、又はベンゼン環上に存在する1ないし4個の同一又は異なる一価の置換基を示す。
が示す一価の置換基の種類は特に限定されないが、例えば、炭素数1〜6個のアルキル基、炭素数1〜6個のアルケニル基、炭素数1〜6個のアルキニル基、炭素数1〜6個のアルコキシ基、水酸基、カルボキシ基、スルホニル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、又はアミノ基からなる群から選ばれることが好ましい。これらの一価の置換基は更に任意の置換基を1個又は2個以上有していてもよい。例えば、Rが示すアルキル基にはハロゲン原子、カルボキシ基、スルホニル基、水酸基、アミノ基、アルコキシ基などが1個又は2個以上存在していてもよく、例えばRが示すアルキル基はハロゲン化アルキル基、ヒドロキシアルキル基、カルボキシアルキル基、又はアミノアルキル基などであってもよい。
本発明の1つの好ましい態様においては、Rはいずれも水素原子である。
式(II)において、Rは、水素原子、一価の置換基又は結合を示す。Rが示す一価の置換基の種類は特に限定されないが、Rと同様に、例えば、炭素数1〜6個のアルキル基、炭素数1〜6個のアルケニル基、炭素数1〜6個のアルキニル基、炭素数1〜6個のアルコキシ基、水酸基、カルボキシ基、スルホニル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、又はアミノ基等が挙げられる。
本発明の1つの好ましい態様においては、Rは、炭素数1〜6個のアルキル基(好ましくは、メチル基)、カルボキシル基,メトキシ基,ハイドロキシメチル基又は結合(即ち、L(即ち、リンカー)がRの位置に導入される)である。
式(II)において、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6個のアルキル基、又はハロゲン原子を示す。
又はRがアルキル基を示す場合には、該アルキル基にはハロゲン原子、カルボキシ基、スルホニル基、水酸基、アミノ基、アルコキシ基などが1個又は2個以上存在していてもよく、例えばR又はRが示すアルキル基はハロゲン化アルキル基、ヒドロキシアルキル基、カルボキシアルキル基などであってもよい。R及びRはそれぞれ独立に水素原子又はハロゲン原子であることが好ましく、R及びRがともに水素原子である場合、又はR及びRがともにフッ素原子又は塩素原子である場合がより好ましい。
式(II)において、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜6個のアルキル基、アリール基又は結合を示す、但し、Xが酸素原子の場合はR及びRは存在しない。
Xが珪素原子の場合は、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜3個のアルキル基であることが好ましく、R及びRがともにメチル基であることがより好ましい。R及びRが示すアルキル基にはハロゲン原子、カルボキシ基、スルホニル基、水酸基、アミノ基、アルコキシ基などが1個又は2個以上存在していてもよく、例えばR又はRが示すアルキル基はハロゲン化アルキル基、ヒドロキシアルキル基、カルボキシアルキル基などであってもよい。R又はRがアリール基を示す場合には、アリール基は単環の芳香族基又は縮合芳香族基のいずれであってもよく、アリール環は1個又は2個以上の環構成ヘテロ原子(例えば窒素原子、酸素原子、又は硫黄原子など)を含んでいてもよい。アリール基としてはフェニル基が好ましい。アリール環上には1個又は2個以上の置換基が存在していてもよい。置換基としては、例えばハロゲン原子、カルボキシ基、スルホニル基、水酸基、アミノ基、アルコキシ基などが1個又は2個以上存在していてもよい。
式(II)において、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6個のアルキル基、ハロゲン原子又は結合を示し、R及びRについて説明したものと同様である。R及びRが共に水素原子であるか、共に塩素原子であるか、又は共にフッ素原子であることが好ましい。
Xは、酸素原子又は珪素原子を示す。好ましくは、Xは、酸素原子である。
*は、ベンゼン環上の任意の位置における式(I)又は式(Ia)のLとの結合箇所(結合点、以下同様)を表す。好ましくは、Lは、キサンテン環骨格に結合しているベンゼン環の任意の位置に結合することができるが、当該ベンゼン環の4位に結合することが好ましい。
本発明の化合物の1つの好ましい側面において、Sは、以下の式(III)で表される。
Figure 2018135598
式(III)において、R〜R、Xは、式(II)について記載した通りである。
式(III)において、R及びR10は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6個のアルキル基を示す。
また、R及びR10は一緒になってR及びR10が結合している窒素原子を含む4〜7員のヘテロシクリルを形成していてもよい。
また、R又はR10は、或いは、R及びR10の両方は、夫々、R又はRと一緒になって、R又はR10が結合している窒素原子を含む5〜7員のヘテロシクリル又はヘテロアリールを形成していてもよい。環構成員として酸素原子、窒素原子及び硫黄原子からなる群から選択される1〜3個の更なるヘテロ原子を含有していてもよく、更に該ヘテロシクリル又はヘテロアリールは、炭素数1〜6個のアルキル、炭素数2〜6個のアルケニル、又は炭素数2〜6個のアルキニル、炭素数6〜10個のアラルキル基、炭素数6〜10個のアルキル置換アルケニル基で置換されていてもよい。この場合、ヘテロシクリル又はヘテロアリールは、1又は2以上の置換基を有することができる。
式(III)において、R11及びR12は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜3個のアルキル基を示す。
11及びR12は一緒になってR11及びR12が結合している窒素原子を含む4〜7員のヘテロシクリルを形成していてもよい。
また、R11又はR12は、或いは、R11及びR12の両方は、夫々、R又はR
と一緒になって、R11又はR12が結合している窒素原子を含む5〜7員のヘテロシクリル又はヘテロアリールを形成していてもよい。環構成員として酸素原子、窒素原子及び硫黄原子からなる群から選択される1〜3個の更なるヘテロ原子を含有していてもよく、更に該ヘテロシクリル又はヘテロアリールは、炭素数1〜6個のアルキル、炭素数2〜6個のアルケニル、又は炭素数2〜6個のアルキニル、炭素数6〜10個のアラルキル基、炭素数6〜10個のアルキル置換アルケニル基で置換されていてもよい。この場合、ヘテロシクリル又はヘテロアリールは、1又は2以上の置換基を有することができる。
式(III)において、*は、ベンゼン環上の任意の位置における式(I)又は式(Ia)のLとの結合箇所(結合点、以下同様)を表す。好ましくは、Lは、キサンテン環骨格に結合しているベンゼン環の任意の位置に結合することができるが、当該ベンゼン環の4位に結合することが好ましい。
本発明の蛍光標識の方法は、上記の融合タンパク質と式(I)で表される化合物又はその塩とを反応させることにより、対象タンパク質を蛍光標識することを含む。
本発明の蛍光標識の方法においては、融合タンパク質と式(I)で表される化合物又はその塩とを反応させる工程は、融合タンパク質を発現する細胞内や生体内で行ってもよく、単離した融合タンパク質を用いてin vitroで行ってもよい。標識をin vitroで行う場合、例えば、緩衝液中(pH7.4)で25℃の温度で行ってもよい。
本発明の化合物は、定常時はDNPにより消光され蛍光を発しないが(図1のAを参照)、細胞内に発現させた抗DNP抗体とDNPが結合すると、DNPの消光能が消失し、蛍光団−色素が蛍光性となり、細胞内の標識対象タンパク質を蛍光標識することができる。
本発明の化合物は抗DNP抗体と結合していない状態では十分に消光されていることから、細胞外に存在していても抗DNP抗体と結合していない本発明の化合物に由来する蛍光は観察対象とする分子やオルガネラの観察における空間分解能への影響が無視できるレベルに抑え込まれる。本発明の蛍光標識の方法は、蛍光観察の際に系内にある不要な蛍光色素を除去するステップが必要ないという点は、創薬等におけるハイスループットスクリーニング(HTS)においては特に有用である。HTSではプローブの洗浄処理などの工程を減らすことによりスクリーニング系全体の効率を上げ、多数の検体を極めて高い効率でアッセイを行うことが求められる。洗浄などの処理を省略して反応と測定を続けて行う方法は“mix and measure”や“homogeneous”法と呼ばれ、特に数万から数十万の化合物をアッセイする薬剤スクリーニングでは望ましい方法と考えられている。本発明のDNPタグと蛍光団−色素を導入したスクリーニング系では余剰蛍光色素の洗浄プロセスを必要としないHTS系の構築が可能である。
本発明のもう1つの態様は、配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR1、配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR2及び配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR3を含む軽鎖、並びに配列番号4に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR1、配列番号5に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR2及び配列番号6に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR3を含む重鎖からなる抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントである(以下「抗DNP抗体1又はその抗原結合性フラグメント1」とも言う)。
配列番号1:QEISGY
配列番号2:AAS
配列番号3:VQYASYPYT
配列番号4:GFTFSNYWMNW
配列番号5:IRLKSNNYAT
配列番号6:TGYYYDSRYGY
本発明の抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントは、好ましくは一本鎖Fv(scFv)である。
本発明の抗DNP抗体の好ましい側面は、以下の配列番号7のアミノ酸を90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上の相同で有するアミノ酸配列からなり、配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR1、配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR2及び配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR3を含む軽鎖、並びに、配列番号4に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR1、配列番号5に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR2及び配列番号6に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR3を含む抗体又はその抗原結合性フラグメントである(以下「抗DNP抗体2又はその抗原結合性フラグメント2」とも言う)。
配列番号7:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS
本発明の抗DNP抗体の好ましい側面は、アミノ酸配列が配列番号7である抗体又はその抗原結合性フラグメントである(以下「抗DNP抗体3又はその抗原結合性フラグメント3」とも言う)。
抗DNP抗体の同一性および類似性は、既知の方法によって容易に計算可能である。こうした方法には、Computational Molecular Biology, Lesk, A.M.監修, Oxford University Press, ニューヨーク(1988);Biocomputing:Informatics and Genome Projects, Smith, D.W.監修, Academic Press, ニューヨーク(1993);Computer Analysis of Sequence Data, Part 1, Griffin, A.M.およびGriffin, H.G.監修, Humana Press, ニュージャージー(1994);Sequence Analysis in MolecularBiology, von Heinje, G., Academic Press(1987);Sequence Analysis Primer,Gribskov, M.およびDevereux, J.監修, M. Stockton Press, ニューヨーク(1991);およびCarilloら, SIAM J. Applied Math.,48:1073(1988)に記載されるものが含まれるが、これらに限定されない。
本発明の抗DNP抗体の別の好ましい側面は、配列番号7のアミノ酸を90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上の相同で有するアミノ酸配列からなり、配列番号1〜6で示されるアミノ酸配列を含み、かつ、配列番号1〜6のいずれかで表されるアミノ酸配列において以下の少なくとも1つ、好ましくは1つの置換:
(a)配列番号7におけるN末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
(b)配列番号7におけるN末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
されたアミノ酸配列からなる、抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントである(以下「抗DNP抗体4又はその抗原結合性フラグメント4」とも言う)。
本発明の細胞内タンパク質を蛍光標識する方法を超解像イメージング法、特に単一分子位置決定顕微鏡法を用いる超解像イメージング法への適用を検討したところ、配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR1、配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR2及び配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR3、配列番号4に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR1、配列番号5に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR2及び配列番号6に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR3のいずれかにおいて、少なくとも1つのアミノ酸をアラニン又はフェニルアラニンで置換することにより、QODEプローブと、抗消光団抗体と結合することで消光現象が解除され蛍光がONとなった分子タグ(De−QODEタグ)との結合解離キネティックス(koff)を増大させることができることを見出した。
より具体的には、VL−CDR1、VL−CDR2、VL−CDR3、VH−CDR1、VH−CDR2又はVH−CDR3のアミノ酸配列において、N末端からの番号が33位のグルタミン酸(VL−CDR1のE33に対応)、37位のチロシン(VL−CDR1のY37に対応)、94位のバリン(VL−CDR3のV94に対応)、95位のグルタミン(VL−CDR3のQ95に対応)、159位のグリシン(VH−CDR1のG159に対応)、160位のフェニルアラニン(VH−CDR1のF160に対応)、162位のフェニルアラニン(VH−CDR1のF162に対応)、164位のアスパラギン(VH−CDR1のN164に対応)、233位のグリシン(VH−CDR3のG233に対応)、235位のチロシン(VH−CDR3のY235に対応)、236位のチロシン(VH−CDR3のY236に対応)、237位のアスパラギン酸((VH−CDR3のD237に対応)、239位のアルギニン(VH−CDR3のR239に対応)、240位のチロシン又は242位のチロシン(VH−CDR3のY240又はY242に対応)のいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
(2)N末端からの番号が96位のチロシン(VL−CDR3のY96に対応)又は234位のチロシン(VH−CDR3のY234)のいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
されたアミノ酸を有し、配列番号7のアミノ酸を90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上の相同で有するアミノ酸配列からなる、抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントである。
本発明の抗DNP抗体の更に別の好ましい側面は、配列番号7のアミノ酸において以下の置換:
(1)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
(2)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
されたアミノ酸配列からなる、抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントである(以下「抗DNP抗体5又はその抗原結合性フラグメント5」とも言う)。
本発明の抗DNP抗体の更に別の好ましい側面は、アミノ酸配列が以下の配列番号9〜25のいずれかである抗体又はその抗原結合性フラグメントである(以下「抗DNP抗体6又はその抗原結合性フラグメント6」とも言う)。
配列番号9:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQAISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS

配列番号10:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGAYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS

配列番号11:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCAQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS

配列番号12:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVAYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS

配列番号13:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQFASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS

配列番号14:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASAFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS

配列番号15:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGATFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS

配列番号16:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTASNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS

配列番号17:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSAYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS

配列番号18:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTAYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS

配列番号19:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGFYYDSRYGYWGQGTTVTVSS

配列番号20:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYAYDSRYGYWGQGTTVTVSS

配列番号21:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYADSRYGYWGQGTTVTVSS

配列番号22:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYASRYGYWGQGTTVTVSS

配列番号23:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSAYGYWGQGTTVTVSS

配列番号24:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRAGYWGQGTTVTVSS

配列番号25:
MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGAWGQGTTVTVSS
本発明のもう1つの態様は、上記したいずれかの抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメント(即ち、抗DNP抗体1〜5等、その抗原結合性フラグメント1〜5等)をコードする単離された核酸である。
本発明の核酸の好ましい側面は、以下の配列番号8に示される塩基配列からなる核酸である。
配列番号8:
ATGGCGGACTACAAAGACATTGTGCTGACCCAGTCTCCATCCTCTTTATCTGCCTCTCTGGGAGAAAGAGTCAGTCTCACTTGTCGGTCAAGTCAGGAAATTAGTGGTTACTTAGGCTGGCTTCAGCAGAAACCAGATGGAAGTATTAAACGCCTGATCTACGCCGCATCCACTTTAGATTCTGGTGTCCCAAAAAGGTTCAGTGGCAGTAGGTCTGGGTCAGATTATTCTCTCACCATCAGCAGCCTTGAGTCTGAAGATTTTGCAGACTATTATTGTGTACAATATGCTAGTTATCCGTACACGTTCGGAGGGGGGACCAAGCTGGAAATGAAACGCGGTGGTGGTGGTTCTGGTGGTGGTGGTTCTGGCGGCGGCGGCTCCGGTGGTGGTGGATCCCAGATTCAGCTTCAGGAGTCTGGAGGAGGCTTGGTGCAACCTGGAGGATCCATGAAACTCTCCTGTGTTGCCTCTGGATTCACTTTCAGTAACTACTGGATGAACTGGGTCCGCCAGTCTCCAGAGAAGGGGCTTGACTGGGTTGCTGAAATTAGATTGAAATCTAATAATTATGCAACACATTATGCGGAGTCTGTGAAAGGGAGGTTCACCATCTCAAGAGATGATTCCAAAAGTAGTGTCTACCTGCAAATGAACAACTTAAGAGCTGAAGACACTGGCATTTATTACTGTACCGGTTATTACTACGATAGTAGGTACGGCTACTGGGGCCAAGGCACCACGGTCACCGTCTCCTCGGCCTCG
本発明のもう1つの態様は、本発明の核酸を含むプラスミド又はベクターである。
本発明のもう1つの実施態様は、以下の式(I)又は式(Ia)で表される化合物又はその塩を含む、本発明の細胞内タンパク質を蛍光標識する方法に用いられる蛍光プローブである。
Figure 2018135598
式(I)中、Sは、蛍光性基であり、Lは、リンカーであり、Rは、一価の置換基である。mは、0〜2の整数であり、nは、0〜2の整数であり、mが2の場合は、nは0であり、mが1の場合は、nは1又は0であり、mが0の場合は、nは2であり、nが2の場合は、Rの一価の置換基は同じであっても異なっていてもよい。
Figure 2018135598
式(Ia)中、Sは、蛍光性基であり、Lは、リンカーであり、m1は、1又は2である。
式(I)及び(Ia)で表される化合物又はその塩(本発明の化合物)については、上記で説明した通りである。
本発明の化合物の非限定的例を以下に示す。
Figure 2018135598
Figure 2018135598
Figure 2018135598
Figure 2018135598
Figure 2018135598
Figure 2018135598
Figure 2018135598
本発明の化合物は、置換基の種類に応じて1個または2個以上の不斉炭素を有する場合があり、光学異性体又はジアステレオ異性体などの立体異性体が存在する場合がある。純粋な形態の立体異性体、立体異性体の任意の混合物、ラセミ体などはいずれも本発明の範囲に包含される。また、一般式(I)で表される本発明の化合物又はその塩は、水和物又は溶媒和物として存在する場合もあるが、これらの物質はいずれも本発明の範囲に包含される。溶媒和物を形成する溶媒の種類は特に限定されないが、例えば、エタノール、アセトン、イソプロパノールなどの溶媒を例示することができる。
本発明の化合物の代表的化合物の製造方法を本明細書の実施例に具体的に示した。従って、当業者は、これらの説明をもとにして、反応原料、反応条件、及び反応試薬などを適宜選択して、必要に応じてこれらの方法に修飾や改変を加えることにより、一般式(I)で表される本発明の化合物を製造することができる。
本発明の蛍光プローブの使用方法は特に限定されず、従来公知の蛍光プローブと同様に用いることが可能である。通常は、生理食塩水や緩衝液などの水性媒体、又はエタノール、アセトン、エチレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどの水混合性の有機溶媒と水性媒体との混合物などに本発明の化合物又はそれらの塩を溶解し、上記した融合タンパク質が発現された細胞や組織を含む適切な緩衝液中にこの溶液を添加して、蛍光スペクトルを測定すればよい。本発明の蛍光プローブを適切な添加物と組み合わせて組成物の形態で用いてもよい。例えば、緩衝剤、溶解補助剤、pH調節剤などの添加物と組み合わせることができる。
本発明のもう1つの態様は、標識対象タンパク質と抗DNP(ジニトロフェニル化合物)抗体の融合タンパク質を細胞内で得ること、下記式(I)で表される化合物又はその塩を前記細胞と接触させること、及び前記融合タンパク質と下記式(I)で表される化合物又はその塩とを反応させることにより、前記対象タンパク質を蛍光標識することを含む、超解像イメージング法である。
Figure 2018135598
式(I)中、S、L、R、m、nについては、上記で説明した通りである。
本発明の超解像イメージング法は、好適には単一分子位置決定顕微鏡法を用いて行われる。
単一分子位置決定顕微鏡法を用いる超解像イメージング法は、例えば、前記の非特許文献13(M. J. Rust, M. Bates, X. Zhuang, Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM). Nat Methods 3, 793-795 (2006))や非特許文献14(M. Heilemann, S. van de Linde, M. Schuettpelz, R. Kasper, B. Seefeldt, A. Mukherjee, P. Tinnefeld, M. Sauer, Subdiffraction-resolution fluorescence imaging with conventional fluorescent probes. Angew Chem Int Ed Engl 47, 6172-6176 (2008))の記載に基づいて行うことができる。
本発明の超解像イメージング法の好ましい側面においては、融合タンパク質における抗DNP抗体は、配列番号7のアミノ酸を90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上の相同で有するアミノ酸配列からなり、配列番号1〜6で示されるアミノ酸配列を含み、かつ、配列番号1〜6のいずれかで表されるアミノ酸配列において以下の少なくとも1つ、好ましくは1つの置換:
(a)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
(b)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
されたアミノ酸配列からなる抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントである。
抗DNP抗体として、上記のアミノ酸配列からなる抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントを用いることにより、QODEプローブと、抗消光団抗体と結合することで消光現象が解除され蛍光がONとなった分子タグ(De−QODEタグ)との結合解離キネティックス(koff)を増大させることができ、実用性の高い超解像イメージングを実現することができる。
本発明の超解像イメージング法の好ましい側面においては、融合タンパク質における抗DNP抗体は、配列番号7のアミノ酸において以下の置換:
(1)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
(2)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
されたアミノ酸配列からなる抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントである。
本発明のもう1つの態様は、以下の式(I)で表される化合物又はその塩を含む、本発明の超解像イメージング法に用いられる蛍光プローブである。
Figure 2018135598
式(I)中、Sは、蛍光性基であり、Lは、リンカーであり、Rは、一価の置換基である。mは、0〜2の整数であり、nは、0〜2の整数であり、mが2の場合は、nは0であり、mが1の場合は、nは1又は0であり、mが0の場合は、nは2であり、nが2の場合は、Rの一価の置換基は同じであっても異なっていてもよい。
の一価の置換基が、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、シアノ基、エステル基、アミド基、アルキルスルホニル基、少なくとも1以上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭素数1〜10のアルキル基、及び少なくとも1以上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭素数1〜10のアルコキシ基からなる群から選択される。
本発明のもう1つの態様は、以下の式(Ib)で表される化合物又はその塩を含む、本発明の超解像イメージング法に用いられる蛍光プローブである。
Figure 2018135598
式(Ib)中、Sは、蛍光性基であり、Lは、リンカーであり、R及びRは、以下の組合せから選択される。
(R、R):(NO、p−NO)、(NO、p−Br)、(NO、p−SOMe)、(NO、p−Cl)、(NO、m−CN)、(NO、p−CN)、(NO、p−COOMe)、(CF、p−CF)、(NO、p−CONHMe)、(NO、m−COOMe)、(NO、H)
(ここで、p−及びm−は、夫々、Rがベンゼン環上でLに対してパラ位及びメタ位にあることを表す。)
式(Ib)において、Sは、好ましくは、以下の式(III)で表される。
Figure 2018135598
式(III)において、R〜R、Xは、式(II)について記載した通りである。
式(Ib)において、LはT−Yで表すことができ、Yは蛍光性基であるSと結合する結合基を表し、Tは架橋基を表す。
Yの結合基は、アミド基(−CONH−、−CONR’−、−R−CONH−、、−R−CONR’−)、アルキルアミド基(−CONH−R−、−CONR’−R−、)、エステル基(−COO−)、アルキルエステル基(−R−COO−、−COO−R−)、カルボニルアミノ基(−NHCO−、−NR’CO−)又はアルキルエーテル基(−RO−、−OR−)から選択される。ここで、Rは二価の炭化水素基を表し、好ましくは炭素数1〜10のアルキレン基、より好ましくは1〜5のアルキレン基である。また、R’は、炭素数1〜5のアルキルを表す。
Tの架橋基としては、Yの結合基と式(Ib)の化合物のベンゼン環とを連結させるスペーサーとして働く任意の架橋基を用いることができる。例えば、置換又は無置換の二価の炭化水素基(アルカン、アルケン、アルキン、シクロアルカン、芳香族炭化水素など)、ジアルキルエーテル基(例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル等)、エチレングリコール基、ジエチレングリコール基、トリエチレングリコール基、ポリエチレングリコール基、アミド基、カルボニルなど、及び複素環基(例えば、二価のピペリジン環など)、これらの2以上の組合せなどが挙げられるが、これらに限定されない。また、上記架橋基は、その片方または両方の端部に、Y、式(Ib)の化合物のベンゼン環と結合することができる官能基を有してもよく、このような官能基として、例えば、アミノ基、アルキルアミノ基、アミノアルキル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミド基、アルキルアミド基などが挙げられる。
また、Tの架橋基には、T−(W)−Tの式で表されるものも含まれる。ここで、T及びTとして、各々上記で例示した架橋基を用いることができる。Wは、存在する場合は、TとTを連結する基であり、例えば、アミノ基、アルキルアミノ基、アミノアルキル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミド基、アルキルアミド基などが挙げられる。
このような架橋基の例として、トリエチレングリコール基と、ジエチレングルコール基をアミド基、アルキルアミド基等を介して結合させたものが挙げられるがこれらに限定されない。更に、T−(W)−Tの式で表される架橋基は、その片方または両方の端部に、Y、式(Ib)の化合物のベンゼン環と結合することができる官能基(例えば、アミノ基、アルキルアミノ基、アミノアルキル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミド基、アルキルアミド基など)を有してもよい。
本発明の1つの好ましい側面は、以下の化合物又はその塩を含む、本発明の超解像イメージング法に用いられる蛍光プローブである。
Figure 2018135598
Figure 2018135598
本発明のもう1つの実施態様は、本発明の化合物又はその塩を含む本発明の蛍光標識の方法に用いられる蛍光プローブと、本発明の蛍光標識方法に用いられるプラスミド又はベクターとを含むタンパク質の蛍光標識方法用キットである。
本発明の蛍光標識方法用キットは、好適には超解像法イメージング法に用いることができる。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本実施例では、蛍光のON/OFF制御を可能にする分子タグ技術の開発を図2に示す工程で進めた。細胞内で発現可能な抗DNP scFvクローンの取得と抗DNP scFvクローンとの結合で蛍光強度を大きく増加させる蛍光団−DNPの合成を並行して進めた。蛍光団−DNPを負荷した際に抗DNP scFvを発現した培養細胞で大きな蛍光増加を示す蛍光団−DNPと抗DNP scFvの組み合わせを得た。ここで得られた組み合わせを用いて、培養細胞での蛍光イメージングへの適用の可否を調べた。
1.実験方法
[抗ジニトロフェノールモノクローナル抗体の取得]
抗原としてNHS−ジニトロフェノールをKLH(Keyhole Limpet Hemocyanin)に標識した複合体を用いた。NHS−ジニトロフェノールとKLHを室温で2時間反応させた後に未反応のNHS−DNPをNAP5カラム(GE)を用いて除去した。ジニトロフェノールのKLHコンジュゲートとFreundの完全アジュバントを混合することでエマルジョンを調製し、5匹のBalb/Cマウス(9週齢雌)の尾根部に0.1mlずつ免疫した。免疫後19日後にマウスからリンパ節を摘出、破砕することでB細胞を取得し、1,000μlのラボバンカー(十慈フィールド)に懸濁した後に500μlずつ2本のクライオチューブに分注して−80℃で保存した。
回収したリンパ節細胞とミエローマ細胞(SP2、RIKEN BRC)をGenomONE−CF(石原産業)を用いて細胞融合させた。細胞融合後の細胞懸濁液は10%のBM Condimed H1(ロシュ)と10%の血清を含む44mlのHAT培地(和光純薬)で希釈し、4枚の96ウェルプレート(コーニング)に播種後、5%二酸化炭素、37℃で培養した。細胞培養後7日後に各ウェルの培養上清30μlを用いて抗体価を評価した。ハイブリドーマの細胞上清が高い抗体価とSRB−DNPの蛍光強度増加を示したウェルの細胞を選別し、限界希釈法による単一クローン化を2回行い、ハイブリドーマ株を樹立した。
[ELISA法による抗体価の評価]
スクリーニングではジニトロフェノールとBSAのコンジュゲートを抗原として用いた。10μg/mlのBSA−DNPコンジュゲート液をELISAプレート(Nunc)に100μlずつ加え、37℃で2時間吸着させた。抗原吸着後に抗原液をPBSによる洗浄で除去し、ハイブリドーマ培養上清を30μl加え、37℃で2時間放置した。200μlのPBSで3回洗浄した後に西洋ワサビペルオキシダーゼ標識抗マウスIgG抗体と37℃で30分反応させた。200μlのPBSで3回洗浄した後にTMB発色キット(ナカライテスク)を50μl加え発色反応を行った。発色後に1M硫酸を50μl加えて反応を停止させ、マイクロプレートリーダー(TECAN)で590nmをリファレンスとして450nmの吸光度を測定した。
[抗DNPモノクローナル抗体の一本鎖抗体(scFv)化]
10個の抗DNPモノクローナル抗体産生ハイブリドーマを回収し、RNeasy(Qiagen)を用いてトータルRNAを取得した。得られたトータルRNAを鋳型にしてPrimeScript RT reagent Kit(Perfect Real Time)(TAKARA)を用いてcDNA合成を行った。得られたcDNAを鋳型にして縮重プライマー(S. D. R.Kontermann, Antibody Engineering. Springer 1, (2010))を用いたPCRを行い、各抗DNPモノクローナル抗体の軽鎖及び重鎖領域をコードするcDNA断片を増幅した。得られたcDNA断片はFastGene Gel/PCR Extraction Kit(日本ジェネティクス)を用いて精製した後にオーバーラップPCRによって軽鎖と重鎖を結合させたcDNA断片を取得した。得られたcDNA断片の両端に付加した制限酵素SfiIサイトを介してpAK400ベクター(A. Krebber et al., Reliable cloning of functional antibody variable domains from hybridomas and spleen cell repertoires employing a reengineered phage display system. Journal of immunological methods 201, 35-55 (1997).)にサブクローニングした。scFvをコードするcDNA配列の解析を行った。
[MBP融合タンパク質の発現コンストラクト]
pAK400−scFvをHindIII消化し、続いてKlenow fragment(TAKARA)で平滑化した。さらにNcoI消化して得られたscFvのcDNA断片をNcoI/EcoRV消化したpMalc5Eにサブクローニングした(pMalc5E−scFv)。
[抗DNP scFvの発現、精製]
抗DNP scFvはマルトース結合タンパク質との融合タンパク質として発現及び精製を行った。精製対象のscFv配列を挿入したpMalc5Eベクター(pMalc5E−scFv)で大腸菌BL21(DE3)を形質転換し、100μg/mlのアンピシリンを含んだLB培地プレート上で一晩培養した。単一コロニーをピックアップし、100μg/mlのアンピシリンを含んだ5mlの液体LB培地で一晩培養した培養液1mlを、100μg/mlのアンピシリンを含んだ100mlのLB培地に継代した。600nmの光学密度が0.8になるまで37℃、200rpmで振蕩培養し、15℃で30分振蕩培養した後に終濃度0.5mMとなるようにIPTGを加え、引き続き一晩振蕩培養した。培養後に大腸菌を回収し、ソニケーターを用いて破砕した。大腸菌破砕液を遠心(3,000g)することで上清を回収し、His tag アフィニティービーズTALON(タカラバイオ)で精製し、250μlの精製タンパク質を得た。溶出液をPBSに交換し、収量をブラッドフォード法により定量したのちに以降の計測に供した。
[動物細胞への発現コンストラクトの作製]
細胞質発現コンストラクトの作製
抗DNP scFvと赤色蛍光タンパク質TagRFPとの融合タンパク質を動物細胞で発現させるためにベクター構築をした。フォワードプライマーにBglIIサイトを、リバースプライマーにEcoRIサイトをそれぞれ付加してpMalc5E−scFvを鋳型にしてPCRを行った。PCR産物をBglIIとEcoRIで消化した後にpTagRFP−C(Evrogen)のBglII/EcoRIサイトにサブクローニングした(pTagRFP−scFv)。また、pTagRFP−scFv をNheI/BspEI消化し、TagRFPのcDNA配列を切り出した後に、フォワードプライマーにNheIサイトを、リバースプライマーにEcoRIサイトをそれぞれ付加してPCRで増幅したECFPのcDNA断片をNheI/BspEI消化し、NheI/BspEI消化によりTagRFPのcDNA配列を除去したpTagRFP−scFvにサブクローニングした(pECFP−scFv)。
細胞膜発現5D4コンストラクトの作製
フォワードプライマーにBspEIサイトを、リバースプライマーにEcoRIサイトを付加してpTagRFP−5D4を鋳型にしてPCRを行った。取得したcDNA断片をBspEI/EcoRI消化し、pcDNATagRFP−M13(251−450aa)−CAAX(東京大学 有吉哲郎氏より供与)をBspEI/EcoRI消化してM13(251−450aa)コード領域を除去したベクターにサブクローニングした(pTagRFP−5D4−CAAX)。pTagRFP−5D4−CAAXをNheI/BspEI消化し、TagRFPコード領域を除去し、pECFP−5D4からNheI/BspEI消化により切り出したECFP−5D4コード領域をサブクローニングした(pECFP−5D4−CAAX)。
核局在コンストラクトの作製
フォワードプライマーにSmaIサイトを、リバースプライマーにSalIサイトをそれぞれ付加してpECFP−5D4−CAAXを鋳型にしたPCRによって増幅しSmaI/SalI消化したcDNA断片を、あらかじめNheIサイトとEcoRIサイトを除去してSmaI/SalI消化をしたpCMV−SPORTにサブクローニングした(pCMV−SPORT6−ECFP−5D4)。pCMV−SPORT6−ECFP−5D4のEcoRI/NotIサイトにGGGSリンカーと核移行シグナル(DPKKKRKVDPKKKRKVDPKKKRKV)をコードするDNA配列をオリゴDNAをアニールして挿入した(pCMV−SPORT6−ECFP−5D4−NLS)。
小胞体発現コンストラクトの作製
pCMV−SPORT6−ECFP−5D4のSmaI/NheIサイトにER局在化シグナル(GWSCIILFLVATATGAHS)とGGGASアミノ酸リンカーをコードするDNA配列をオリゴDNAをアニールすることで作製して挿入した。加えて、EcoRI/NotIサイトにGGGSリンカーと小胞体局在化シグナル(SEKDEL)をコードするDNA配列をオリゴDNAをアニールして作製して挿入した(pCMV−SPORT6−ECFP−5D4−ER)。
チューブリン発現コンストラクトの作製
β−Tubulin−Haloの発現コンストラクト(TBB−Halo)(S.-n. Uno et al., A spontaneously blinking fluorophore based on intramolecular spirocyclization for live-cell super-resolution imaging. Nat Chem 6, 681-689 (2014))をSalI/NotI消化し、HaloTagコード領域を除去した後に、PCRによってSalI/NotIサイトを付加した5D4コード領域をSalI/NotI消化して得たDNA断片をサブクローニングした。得られたプラスミドを環状PCRによってTBB−5D4のチューブリンコード領域の直後と5D4コード領域の直前それぞれにGGGSが2回続くリンカーをコードする配列を付加した。PCR産物を精製し、T4 PNK (東洋紡)でリン酸化した後に、Ligation kit ver2 (TAKARA)を用いてセルフライゲーションを行った。ライゲーション産物で大腸菌HB101を形質転換し、100μg/mlのアンピシリンを含んだLB培地プレート上で一晩培養した。大腸菌の単一コロニーから増殖させた大腸菌よりプラスミドを取得した(pTBB−GGGS4−5D4)。
5D4−アクチン発現コンストラクト
p5D4−actinからNheI/BspEI消化によって5D4のcDNA領域を、pmGFP−actin(生理学研究所村越研究室より供与)(H. Murakoshi, H. Wang, R. Yasuda, Local, persistent activation of Rho GTPases during plasticity of single dendritic spines. Nature 472, 100-104 (2011).)からBspEI/BamHI消化によってactinのcDNA領域をそれぞれ取得し、pcDNA3.1(+)(Invitrogen)のNheI/BamHIサイトにサブクローニングした(p5D4−actin)。p5D4−actinをBspEI/BglII消化し、アミノ酸GGGSGGGSGGGSGGGSをコードするリンカーDNAをオリゴDNAのアニールによって形成してライゲーションした(p5D4−GGGS4−actin)。
Lifeact発現コンストラクトの作製
LifeactペプチドをコードするcDNA配列(J. Riedl et al., Lifeact: a versatile marker to visualize F-actin. Nat Methods 5, 605-607 (2008))となるように2本のオリゴDNAをそれぞれT4PNKで37℃、1時間処理してリン酸化した後に、2本のリン酸化オリゴDNAを混合し95℃で5分間処理したのちに室温まで放冷することで2本鎖のリンカーを形成させた。pECFP−5D4をNheI消化しBAP処理による脱リン酸化を行ったベクターにリンカーをサブクローニングした(pLifeact−5D4)。
5D4−STIM1発現コンストラクトの作製
フォワードプライマーにEcoRVサイトを、リバースプライマーにXbaIサイトをそれぞれ付加してpGFP−STIM1(Y. Wang et al., STIM protein coupling in the activation of Orai channels. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106, 7391-7396 (2009).)を鋳型にしたPCRによって増幅したcDNA断片をEcoRV/XbaI消化し、EcoRV/XbaI消化したpcDNA3.1(+)(Invitrogen)にサブクローニングした(p5D4−STIM1)
2.蛍光色素とDNPを組み合わせた蛍光プローブの作製
有機合成・化合物同定に用いた方法
すべての化学試薬および溶媒は、Aldrich、ナカライテスク、東京化成工業、和光純薬工業、Thermo Scientific、もしくは、関東化学から入手し、さらなる精製は行わずに使用した。
HPLC精製は、ポンプ(PU−2080)およびUV検出器(MD−2010)を備え付けたHPLCシステム(日本分光)を利用し、また、逆相カラムとしてInertsil ODS−3(5μm、φ10mm or φ14mm x 250mm)(GLサイエンス)を用いた。このとき、サンプルはPTFEフィルター(0.45μm)(Millipore)により濾過した上で、A液(HO with 0.1%TFA):B液(CHCN with 0.1%TFA)が95:5から20分掛けて5:95になる線形勾配条件下で精製を行った。また、取得したフラクションに飽和食塩水を加えた後にジクロロメタンもしくは酢酸エチルによる抽出、硫酸ナトリウムによる乾燥、濃縮を行うことにより目的物を取得した。
H NMRおよび13C NMRスペクトルは、AVANCE III 400 spectrometer(Bruker)を用いて室温にて測定した。すべての化学シフト(δ)はppmを単位として記載し、内部標準としてテトラメチルシラン(0ppm)もしくは残留溶媒(CDCl,7.26ppm for H, 77.16ppm for 13C;CDOD,3.31ppm for H,49.00ppm for 13C;Acetone−d,2.05ppm for H,29.84ppm for 13C;CDCN,1.94ppm for H,1.32ppm for 13C;DMSO−d,2.50ppm for H,39.52ppm for 13C)を用いた。また、ピークの多重度は以下のように短縮して記載した:s=singlet,d=doublet,t=triplet,q=quartet,m=multiplet,dd=double doublet,brs=broad singlet。ESI−TOF(electron spray ionization−time−of−flight) 質量分析はmicroTOF II−TM mass spectrometer(Bruker)を用いて行った。
略語
DCM:dichloromethane
DIEPA:N,N−diisopropylethylamine
DMAP:N,N−dimethyl−4−aminopyridine
DMF:N,N−dimethylformamide
DMSO:dimethyl sulfoxide
DSC:N,N’−Disuccinimidyl carbonate
HATU:2−(1H−7−azabenzotriazol−1−yl)−1,1,3,3−tetramethyluronium hexafluorophosphate methanaminium
HRMS:high resolution mass spectrometry
TEA:triethylamine
TFA:trifluoroacetic acid
TSTU:O−(N−Succinimidyl)−N,N,N‘,N’−tetramethyluronium Tetrafluoroborate
DNP−amine(化合物1)の合成
1,2−ビス(2−アミノエトキシ)エタン(7.92g、53.4mmol)およびDIPEA(9.30mL、53.4mmol)が溶解した4mLのDMF溶液に、1−フルオロ−2,4−ジニトロベンゼン(995mg、5.34mmol)が溶解した16mLのDMF溶液を0Cでゆっくりと滴下した。反応混合物を室温で終夜撹拌した後、濃縮した。残渣にDCMを加え、1M炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄、硫酸ナトリウムで脱水、濾過、濃縮を行った。粗生成物はシリカゲルクロマトグラフィー(溶出溶媒:酢酸エチルの後にメタノール)により精製し、DNP−amine(1.20g、3.82mmol)を黄色オイルとして取得した(収率72%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.88 (d, 1H, J = 2.8 Hz), 8.20 (dd, 1H, J = 9.6, 2.8 Hz), 7.14 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 3.82 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.72-3.63 (m, 6H), 3.53 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 2.79 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 149.7, 136.9, 131.3, 130.9, 124.5, 116.0, 73.6, 71.5, 71.3, 69.7, 44.0, 42.1.
Figure 2018135598
DNPの合成
DNP−amine(40.0mg、0.127mmol)が溶解した0.5mLのアセトニトリル溶液に無水酢酸(12.0μL、0.127mmol)を滴下した。反応混合物を室温で終夜撹拌した後、濃縮した。粗生成物はシリカゲルクロマトグラフィー(溶出溶媒:3%メタノール/酢酸エチル)により精製し、DNP(42.5mg、0.119mmol)を黄色オイルとして取得した(収率94%)。
1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 9.11 (d, 1H, J = 2.8 Hz), 8.88 (br s, 1H), 8.27 (dd, 1H, J = 9.6, 2.8 Hz), 6.96 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 6.27 (br s, 1H), 3.86 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.74-3.57 (m, 8H), 3.47 (q, 2H, J = 5.2 Hz), 2.00 (s, 3H). 13C NMR (100 MHz, CDCl3): δ 170.4, 148.4, 136.1, 130.4, 124.3, 114.2, 70.7, 70.2, 68.2, 43.2, 39.4, 23.3. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 357.14102; found, 357.14158 (Δ0.56 mmu).
Figure 2018135598
oNP−amineの合成
DNP−amineの合成と同様のスキームで、2−フルオロニトロベンゼンを原料としてoNP−amine(43.7mg、0.162mmol)を橙色オイルとして取得した(収率70%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.12-8.10 (m, 2H), 7.50-7.46 (m, 1H), 7.03-7.01 (m, 1H), 6.69-6.64 (m, 1H), 3.78 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.68-3.66 (m, 4H), 3.53-3.50 (m, 4H), 2.77 (br s, 2H). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 146.7, 137.4, 133.1, 127.5, 116.4, 115.4, 73.6, 71.5, 71.4, 70.1, 43.5, 42.1. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 270.14483; found, 270.14584 (Δ1.01 mmu).
Figure 2018135598
oNPの合成
DNPの合成と同様のスキームで、oNP−amineを原料としてoNP(48.7mg、0.156mmol)を橙色オイルとして取得した(収率84%)。
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 8.18 (t, 1H, J = 5.2 Hz), 8.07-8.04 (m, 2H), 7.85 (br s, 1H), 7.55-7.51 (m, 1H), 7.07-7.05 (m, 1H), 6.71-6.66 (m, 1H), 3.68 (t, 2H, J = 5.6 Hz), 3.60-3.48 (m, 6H), 3.40 (t, 2H, J = 6.0 Hz), 3.18 (q, 2H, J = 5.6 Hz), 1.79 (s, 3H). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 169.3, 145.2, 136.6, 131.0, 126.2, 115.4, 114.6, 69.7, 69.6, 69.2, 68.4, 42.1, 38.6, 22.5. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 312.15540; found, 312.15452 (Δ-0.88 mmu).
Figure 2018135598
pNP−amineの合成
DNP−amineの合成と同様のスキームで、4−フルオロニトロベンゼンを原料としてpNP−amine(47.0mg、0.174mmol)を黄色固体として取得した(収率73%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.04-8.01 (m, 2H), 6.66-6.64 (m, 2H), 3.72-3.69 (m, 8H), 3.41 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.11 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 156.0, 138.1, 127.3, 111.9, 71.4, 71.3, 70.4, 67.9, 43.8, 40.6. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 270.14538; found, 270.14517 (Δ-0.21 mmu).
Figure 2018135598
pNPの合成
DNPの合成と同様のスキームで、pNP−amineを原料としてpNP(46.8mg、0.150mmol)を黄色オイルとして取得した(収率81%)。
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 7.93 (m, 2H), 7.87 (br s, 1H), 7.31 (t, 1H, J = 5.6 Hz), 6.67 (m, 2H), 3.59-3.51 (m, 6H), 3.40-3.31 (m, 4H), 3.17 (q, 2H, J = 5.6 Hz), 1.79 (s, 3H). 13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): δ 169.3, 154.6, 135.7, 126.2, 110.9 (br s), 69.7, 69.6, 69.2, 68.7, 42.4, 38.6, 22.6. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 312.15540; found, 312.15644 (Δ1.04 mmu).
Figure 2018135598
DNP2−amineの合成
DNP−amineの合成と同様のスキームで、2,2’−オキシビス(エチルアミン)を原料としてDNP2−amine(254mg、0.939mmol)を黄色固体として取得した(収率78%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.95 (d, 1H, J = 2.8 Hz), 8.24 (dd, 1H, J = 9.6, 2.8 Hz), 7.18 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 3.79 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.67 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.57 (t, 5.2 Hz, 2H), 2.82 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 149.8, 137.0, 131.5, 130.9, 124.9, 116.0, 73.6, 69.7, 44.0, 42.2. HRMS (ESI-) calcd for [M-H]-, 269.08914; found, 269.09115 (Δ 2.01 mmu).
Figure 2018135598
DNP4−amineの合成
DNP−amineの合成と同様のスキームで、1,11−ジアミノ−3,6,9−トリオキサウンデカンを原料としてDNP4−amine(197mg、0.549mmol)を黄色オイルとして取得した(収率83%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.96 (d, 1H, J = 2.4 Hz), 8.24 (dd, 1H, J = 9.6, 2.8 Hz), 7.19 (d, 1H, J = 9.6Hz), 3.81 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.69-3.60 (m, 10H), 3.51 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 2.77 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 149.8, 137.0, 131.5, 131.0, 124.6, 116.1, 73.4, 71.6, 71.58, 71.3, 69.9, 44.1, 42.
1. HRMS (ESI-) calcd for [M-H]-, 357.14157; found, 357.14466 (Δ 3.09 mmu).
Figure 2018135598
DNP−NHSの合成
ジスクシニミジルスベレート(120mg、0.032mmol)およびDIPEA(11μL、0.064mmol)が溶解した0.5mLのDMF溶液に、32μLの1M DNP−amine(10mg、0.032mmol相当)のDMF溶液を0Cで滴下した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。粗生成物はHPLCで精製を行い、DNP−NHS(7.9mg、0.014mmol)を黄色固体として取得した(収率44%)。
1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 9.15 (d, 1H, J = 2.8 Hz), 8.88 (br s, 1H), 8.29 (dd, 1H, J = 9.6, 2.8 Hz), 6.94 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 6.34 (br s, 1H), 3.84 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.73-3.66 (m, 4H), 3.51-3.47 (m, 4H), 2.84 (br s, 4H), 2.60 (t, 2H, J = 7.6 Hz), 2.24 (t, 2H, J = 7.6 Hz), 1.78-1.62 (m, 4H), 1.43-1.33 (m, 4H). 13C NMR (100 MHz, CDCl3): δ 174.2, 169.4, 168.7, 148.4, 136.4, 130.6, 124.5, 114.1, 70.8, 70.3, 70.2, 68.3, 43.2, 39.6, 36.3, 31.0, 28.6, 28.4, 25.7, 25.5, 24.5.
HRMS (ESI+) calcd. for [M+Na]+, 590.20688; found, 590.20688 (Δ 0.01 mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例1]
6DCF−DNP(2−(2,7−ジクロロ−6−ヒドロキシ−3−オキソ−3H−キサンテン−9−イル)−4−((2−(2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)安息香酸)の合成
3’,6’−ジアセチル−2’,7’−ジクロロ−6−カルボニルフルオレセインピリジニウム塩(Woodroofe, C. C., Masalha, R., Barnes, K. R., Frederickson, C. J. & Lippard, S. J. Membrane-permeable and-impermeable sensors of the Zinpyr family and their application to imaging of hippocampal zinc in vivo. Chem. Biol. 11, 1659-1666 (2004).)(26mg、0.050mmol)、DNP−amine(19mg、0.059mmol)、HATU(23mg、0.059mmol)およびDIPEA(43μL、0.25mmol)を3mLのアセトニトリルに溶解した反応混合物を遮光下室温で30分間撹拌した。反応混合物を濃縮した後、粗生成物はシリカゲルクロマトグラフィー(溶出溶媒:酢酸エチル/ヘキサン=3/1の後に10%メタノール/DCM)により精製し、中間体(24mg、0.029mmol)を取得した。取得した中間体をTHF/水(3mL/1mL)に溶解し、そこに170μLの1M NaOH水溶液を加え、反応溶液を遮光下室温で30分間撹拌した。反応溶液に水を加え、酢酸エチルで洗浄した後に、水層に300μLの1M塩酸を加え、酢酸エチルで抽出を行った。取得した有機層は、硫酸ナトリウムで脱水した後、濾過、濃縮を行った。粗生成物はHPLCで精製を行い、6DCF−DNP(15mg、0.020mmol)を黄色固体として取得した(2反応の収率40%)。
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 8.82 (d, 2H, J = 2.8 Hz), 8.79 (t, 1H, J = 5.6 Hz), 8.73 (t, 1H, J = 5.6 Hz), 8.21 (dd, 1H, J = 9.6, 2.4 Hz), 8.14 (dd, 1H, J = 8.0, 1.2 Hz), 8.06 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 7.19 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 6.91 (s, 2H), 6.73 (s, 2H), 3.63-3.48 (m, 12H). 13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): δ 167.7, 164.7, 155.3, 151.8, 150.0, 148.3, 140.9, 134.9, 129.8, 129.6, 128.4, 127.9, 125.3, 123.5, 122.2, 116.4, 115.5, 110.0, 103.6, 81.7, 69.7, 69.5, 68.7, 68.2, 42.6. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 741.09970; found, 741.10088 (Δ1.18 mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例2]
6DCF−oNP(2−(2,7−ジクロロ−6−ヒドロキシ−3−オキソ−3H−キサンテン−9−イル)−4−((2−(2−(2−((2−ニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)安息香酸)の合成
6DCF−DNPの合成と同様のスキームで、oNP−amineを原料として6DCF−oNP(12mg、0.017mmol)を黄色固体として取得した(2反応の収率33%)。
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 11.12 (s, 2H), 8.74 (t, 1H, J = 4.8 Hz), 8.14-8.02 (m, 4H), 7.69 (s, 1H), 7.53-7.49 (m, 1H), 7.02 (d, 1H, J = 8.8 Hz), 6.91 (s, 2H), 6.74 (s, 2H), 6.69-6.65 (m, 1H), 3.62-3.43 (m, 12H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 696.11463; found, 696.11539 (Δ0.76 mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例3]
6DCF−pNP(2−(2,7−ジクロロ−6−ヒドロキシ−3−オキソ−3H−キサンテン−9−イル)−4−((2−(2−(2−((4−ニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)安息香酸)の合成
6DCF−DNPの合成と同様のスキームで、pNP−amineを原料として6DCF−pNP(7.7mg、0.011mmol)を黄色固体として取得した(2反応の収率29%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.16 (d, 1H, J = 1.6 Hz), 8.14 (d, 1H, J = 1.6 Hz), 8.10-7.95 (m, 2H), 7.65 (s, 1H), 6.82 (s, 2H), 6.66 (s, 1H), 6.55 (d, 2H, J = 9.6 Hz), 3.61-3.52 (m, 10H), 3.26-3.24 (m, 2H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 696.11463; found, 696.11560 (Δ0.97 mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例4]
6DCF−DNP2(2−(2,7−ジクロロ−6−ヒドロキシ−3−オキソ−3H−キサンテン−9−イル)−4−((2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エチル)カルバモイル)安息香酸)の合成
6DCF−DNPの合成と同様のスキームで、DNP2−amineを原料として6DCF−DNP2 (4.7mg、0.0067mmol)を橙色固体として取得した(2反応の収率8.9%)。
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 8.94 (d, 1H, J = 2.8 Hz), 8.82 (br s, 1H), 8.25-8.19 (m, 2H), 8.07-8.05 (m, 2H), 7.80 (br s, 1H), 7.27 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 7.00 (s, 2H), 6.86 (s, 2H), 3.81 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.71 (q, 2H, J = 5.2 Hz), 3.67 (t, 2H, J = 5.6 Hz), 3.56 (q, 2H, J = 5.6 Hz). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 697.07349; found, 697.07700 (Δ 3.51 mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例5]
6DCF−DNP4(2−(2,7−ジクロロ−6−ヒドロキシ−3−オキソ−3H−キサンテン−9−イル)−4−((2−(2−(2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)安息香酸)の合成
6DCF−DNPの合成と同様のスキームで、DNP4−amineを原料として6DCF−DNP4 (3.0mg、0.0038mmol)を橙色固体として取得した(2反応の収率5.0%)。
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 8.96 (d, 1H, J = 2.8 Hz), 8.83 (br s,1H), 8.29-8.25 (m, 1H), 8.22 (dd, 1H, J = 1.2, 8.0 Hz), 8.07 (dd, 1H, J = 0.8, 8.0 Hz), 7.97 (t, 1H, J = 5.6 Hz), 7.80 (br s, 1H), 7.26 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 7.00 (s, 2H), 6.86 (s, 2H), 3.78 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.69 (q, 2H, J = 5.2 Hz), 3.59-3.46 (m, 12H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 785.12592; found,785.12616(Δ 0.24 mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例6]
DCF−DNP(2−(2,7−ジクロロ−6−ヒドロキシ−3−オキソ−3H−キサンテン−9−イル)−N−(2−((2−(2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)アミノ)−2−オキソエチル)−N−メチルベンズアミド)の合成
2’,7’−ジクロロフルオレセイン(51mg、0.13mmol)、tert−ブチルサルコシネート塩酸塩(28mg、0.15mmol)、HATU(58mg、0.15mmol)およびDIPEA(111μl、0.64mmol)を1mlのDMFに溶解させ、反応混合物を遮光下室温で1日撹拌した。粗生成物はHPLCで精製を行い、tert−ブチルエステル中間体を取得した。この中間体およびトリエチルシラン(56μl)を溶解した5mlのDCMに1mlのTFAを滴下した後、反応混合物を遮光下室温で終夜撹拌した。粗生成物はHPLCで精製を行い、カルボン酸を有する中間体を橙色固体として取得した。取得した中間体、化合物1(46mg、0.15mmol)、HATU(56mg、0.15mmol)およびDIPEA(106μl、0.61mmol)を1mlのDMFに溶解した反応混合物を遮光下室温で2時間撹拌した。粗生成物はHPLCで精製を行い、DCF−DNP(29mg、0.038mmol)を橙色固体として取得した(3反応の収率30%)。
HRMS (ESI-) calcd. for [M-H]-, 766.13244; found, 766.13345 (Δ1.01 mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例7]
R110−DNP(6−アミノ−9−(2−((2−((2−(2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)アミノ)−2−オキソエチル)(メチル)カルバモイル)フェニル)−3H−キサンテン−3−イミニウム)の合成
Rhodamine 110 chlorideを原料にして、DCF−DNPの合成と同様のスキームで、R110−DNP(4.8mg、0.0065mmol)を橙色固体として取得した(3反応の収率15%)。
HRMS (ESI+) calcd. for [M-Cl]+, 698.25690; found, 698.25345 (Δ-3.45 mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例8]
5OG−DNP(2−(2,7−ジフルオロ−6−ヒドロキシ−3−オキソ−3H−キサンテン−9−イル)−5−((2−(2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)安息香酸)の合成
5−カルボキシ−2’,7’−ジフルオロフルオレセイン(W.-C. Sun, K. R. Gee, D. H. Klaubert, R. P. Haugland, Synthesis of Fluorinated Fluoresceins. The Journal of Organic Chemistry 62, 6469-6475 (1997))を原料にして、DCF−DNPの合成と同様のスキームで、5OG−DNP(2.9mg、0.0041mmol)を橙色固体として取得した(収率34%)。
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 8.86-8.82 (m, 3H), 8.44 (m, 1H), 8.25-8.20 (m, 2H), 7.42 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 7.24 (d, J = 9.6 Hz, 1H), 6.90 (s, 2H), 6.73 (s, 2H), 3.71 (t, J = 5.6 Hz, 2H), 3.61-3.45 (m, 10H). 13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): δ 167.7, 164.7, 155.3, 153.6, 150.1, 148.4, 136.5, 134.9, 129.9, 129.7, 128.7, 128.4, 127.9, 126.4, 124.1, 123.9, 123.6, 116.4, 115.6, 110.0, 103.7, 69.8, 69.6, 68.8, 68.3, 48.6, 42.7. HRMS (ESI-) calcd. for [M-H]-, 707.14425; found, 707.14452 (Δ0.27 mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例9]
6SiR−DNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
SiR−カルボキシル(G. Lukinavicius et al., A near-infrared fluorophore for live-cell super-resolution microscopy of cellular proteins. Nat Chem 5, 132-139 (2013))(5.9mg、0.012mmol)、DSC(13mg、0.050mmol)、TEA(10μl、0.075mmol)およびDMAP(0.2mg、0.001mmol)を1mlのDMFに溶解した反応混合物を遮光下室温で終夜撹拌した。粗生成物はHPLCで精製を行い、中間体を青色固体として取得した。この中間体および化合物1(DNP−amine)(3.9mg、0.012mmol)、DIPEA(5.3μl)を0.5mLのDMFに溶解した反応混合物を遮光下室温で1時間撹拌した。粗生成物はHPLCで精製を行い、6SiR−DNP(3.3mg、0.0043mmol)を緑色固体として取得した(2反応の収率34%)。
1H NMR (400 MHz, Acetone-d6): δ 8.92 (d, J = 2.8 Hz, 1H), 8.79 (br s, 1H), 8.23 (dd, J = 2.8, 9.6 Hz, 1H), 8.10-8.08 (m, 1H), 7.97-7.95 (m, 2H), 7.77 (m, 1H), 7.15 (d, J = 9.6 Hz, 1H), 7.11 (d, J = 2.8 Hz, 2H), 6.75 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 6.64 (dd, J = 2.8, 8.8 Hz, 2H), 3.75 (t, J = 5.2 Hz, 2H), 2.96 (s, 12H), 0.69 (s, 3H), 0.55 (s, 3H). 13C NMR (100 MHz, Acetone-d6): δ 170.0, 166.2, 156.0, 150.5, 149.5, 141.2, 138.3, 137.4, 136.6, 132.4, 130.7, 129.3, 129.0, 128.9, 126.2, 124.4, 124.0, 117.6, 116.0, 114.5, 71.1, 70.9, 70.1, 69.3, 43.8, 40.6, 40.3, 0.4, -1.1. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 769.30118; found, 769.30220 (Δ1.02 mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例10]
5DCF−DNP(2−(2,7−ジクロロ−6−ヒドロキシ−3−オキソ−3H−キサンテン−9−イル)−5−((2−(2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)安息香酸)の合成
6DCF−DNPの合成と同様のスキームで、3’,6’−ジアセチル−2’,7’−ジクロロ−5−カルボキシフルオレセイン(Woodroofe, C. C., Masalha, R., Barnes, K. R., Frederickson, C. J. & Lippard, S. J. Membrane-permeable and-impermeable sensors of the Zinpyr family and their application to imaging of hippocampal zinc in vivo. Chem. Biol. 11, 1659-1666 (2004).)を原料として5DCF−DNP(17mg、0.023mmol)を黄色固体として取得した(2反応の収率24%)。
1H NMR (400 MHz, Acetone-d6): δ 8.96 (d, 1H, J = 2.8 Hz), 8.87 (br s, 1H), 8.44-8.43 (m, 1H), 8.32-8.30 (m, 1H), 8.26-8.23 (m, 1H), 8.12-8.09 (m, 1H), 7.46-7.44 (m, 1H), 7.27-7.24 (m, 1H), 6.98 (s, 2H), 6.84 (s, 2H), 3.89-3.86 (m, 2H), 3.73-3.68 (m, 8H), 3.66-3.62 (m, 2H). 13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): δ 167.8, 164.7, 155.3, 153.6, 150.1, 148.4, 136.5, 134.9, 129.9, 129.7, 128.7, 128.4, 127.9, 126.4, 124.1, 123.9, 123.6, 116.4, 115.6, 110.0, 103.7, 69.8, 69.6, 68.8, 68.3, 48.6, 42.7. HRMS (ESI+) calcd for [M+H]+, 741.10025; found, 741.09788 (Δ-2.37 mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例11]
6OG−DNP,diAc(6−((2−(2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)−2’,7’−ジフルオロ−3−オキソ−3H−スピロ[イソベンゾフラン−1,9’−キサンテン]−3’,6’−ジイル ジアセテート)の合成
6−カルボキシ−2’,7’−ジフルオロフルオレセイン二酢酸ピリジニウム塩(Sun, W. C., Gee, K. R., Klaubert, D. H. & Haugland, R. P. Synthesis of fluorinated fluoresceins. J. Org. Chem. 62, 6469-6475 (1997).)(31mg、0.063mmol)、DNP−amine(24mg、0.075mmol)、HATU(29mg、0.075mmol)およびDIPEA(55μL、0.31mmol)を3mLのアセトニトリルに溶解した反応混合物を遮光下室温で1時間撹拌した。反応混合物を濃縮した後、粗生成物はシリカゲルクロマトグラフィー(溶出溶媒:酢酸エチル/ヘキサン=3/1)により精製し、6OG−DNP,diAc(28mg、0.035mmol)を黄色固体として取得した(収率59%)。
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 8.82 (d, 2H, J = 2.8 Hz), 8.80 (t, 1H, J = 5.6 Hz), 8.72 (t, 1H, J = 5.6 Hz), 8.22 (dd, 1H, J = 9.6, 2.8 Hz), 8.18 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 8.10 (d, 1H, J = 8.0 Hz) , 7.81 (s, 1H), 7.51 (d, 2H, 4JHF = 6.4 Hz), 7.21 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 7.02 (d, 2H, 3JHF = 10.4 Hz), 3.63-3.47 (m, 12H), 2.34 (s, 6H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 793.17993; found, 793.17871 (Δ-1.22 mmu).
Figure 2018135598
6OG−DNP(2−(2,7−ジフルオロ−6−ヒドロキシ−3−オキソ−3H−キサンテン−9−イル)−4−((2−(2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)安息香酸)の合成
6OG−DNP,diAc(28mg、0.035mmol)をTHF/水(2mL/1mL)に溶解し、そこに320μLの1M NaOH水溶液を加え、反応溶液を遮光下室温で30分間撹拌した。反応溶液に水を加え、酢酸エチルで洗浄した後に、水層に400μLの1M塩酸を加え、酢酸エチルで抽出を行った。取得した有機層は、硫酸ナトリウムで脱水した後、濾過、濃縮を行った。粗生成物はHPLCで精製を行い、6OG−DNP(17mg、0.024mmol)を黄色固体として取得した(収率68%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.88 (d, 1H, J = 2.8 Hz), 8.21 (dd, 1H, J = 9.6, 2.8 Hz), 8.10-8.09 (m, 2H), 7.71 (m, 1H), 7.08 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 6.66-6.63 (m, 4H), 3.70 (t, 2H, J = 5.6 Hz), 3.66-3.63 (m, 6H), 3.57 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.51 (t, 2H, J = 5.2 Hz). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 708.15153; found, 708.15223 (Δ0.70 mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例12]
6JF549−DNP(2−(3−(アゼチジン−1−イウム−1−イリデン)−6−(アゼチジン−1−イル)−3H−キサンテン−9−イル)−4−((2−(2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
6SiR−DNPの合成と同様のスキームで、6−カルボキシ−JF549(Grimm, J. B. et al. A general method to improve fluorophores for live-cell and single-molecule microscopy. Nat. Methods 12, 244-250 (2015).)を原料にして6JF549−DNP(12mg、0.016mmol)を紫色固体として取得した(収率30%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.82 (d, 1H, J = 2.4 Hz), 8.32 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 8.20-8.16 (m, 2H), 7.78 (s, 1H), 7.10 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 7.00 (d, 2H, J = 9.2 Hz), 6.53 (dd, 2H, J = 9.2, 1.6 Hz), 6.40 (d, 2H, J = 1.6 Hz), 4.26 (t, 8H, J = 7.6 Hz), 3.70-3.59 (m, 10H), 3.48 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 2.55 (quint, 4H, J = 7.6 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 168.0, 167.2, 160.0, 158.6, 157.9, 149.7, 139.5, 137.0, 135.5, 134.8, 132.8, 132.2, 131.2, 131.0, 130.1, 124.6, 116.1, 114.7, 113.5, 95.1, 71.5, 71.2, 70.5, 69.7, 52.8, 44.0, 41.2, 30.7, 16.8. HRMS (ESI+) calcd for [M+H]+, 751.27277; found, 751.27408 (Δ1.31mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例13]
6JF646,NHSの合成
6−カルボキシ−JF646(Grimm, J. B. et al. A general method to improve fluorophores for live-cell and single-molecule microscopy. Nat. Methods 12, 244-250 (2015).)(7.7mg、0.015mmol)、DSC(16mg、0.062mmol)、TEA(13μL、0.093mmol)およびDMAP(0.2mg、0.002mmol)を1mLのDMFに溶解した反応混合物を遮光下室温で3時間撹拌した。
粗生成物はHPLCで精製を行い、6JF646,NHS(5.6mg、0.0094mmol)を青色固体として取得した(収率61%)。
1H NMR (400 MHz, Acetone-d6): δ 8.35 (dd, 1H, J = 1.2, 8.0 Hz), 8.18 (dd, 1H, J = 0.8, 8.0 Hz), 7.92-7.91 (m, 1H), 6.82-6.80 (m, 4H), 6.36 (dd, 2H, J = 2.8, 8.8 Hz), 3.90 (t, 8H, J = 7.2 Hz), 2.95 (s, 4H), 2.35 (quint, 4H, J = 7.2 Hz), 0.63 (s, 3H), 0.53 (s, 3H). 13C NMR (100 MHz, Acetone-d6): δ 170.3, 169.4, 162.0, 156.5, 152.2, 137.0, 132.1 (including two peaks), 131.4, 131.3, 128.9, 128.0, 127.5, 126.6, 116.5, 113.6, 52.7, 26.4, 17.3, 0.1, -0.9. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 594.20549 found, 594.20799 (Δ2.50 mmu).
Figure 2018135598
6JF646−DNP(2−(3−(アゼチジン−1−イウム−1−イリデン)−7−(アゼチジン−1−イル)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
6JF646,NHS(5.0mg、0.0084mmol)、DNP−amine(5.3mg、0.017mmol)およびDIPEA(7.3μL、0.042mmol)を0.5mLのDMFに溶解した反応混合物を遮光下室温で6時間撹拌した。粗生成物はHPLCで精製を行い、6JF646−DNP(5.5mg、0.0069mmol)を緑色固体として取得した(収率82%)。
1H NMR (400 MHz, Acetone-d6): δ 8.92 (d, 1H, J = 2.8 Hz), 8.59 (br s, 1H), 8.24 (dd, 1H, J = 2.8, 9.6 Hz), 8.10-8.07 (m, 1H), 7.96-7.94 (m, 2H), 7.77 (br s, 1H), 7.15 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 6.77 (d, 2H, J = 2.4 Hz), 6.73 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.30 (dd, 2H, J = 2.4, 8.8 Hz), 3.87 (t, 8H, J = 7.2 Hz), 3.75 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.62-3.53 (m, 10H), 2.34 (quint, 4H, J = 7.2 Hz), 0.64 (s, 3H), 0.51 (s, 3H). 13C NMR (100 MHz, Acetone-d6): δ 169.9, 166.2, 155.8, 152.1, 149.6, 149.4, 141.2, 137.3, 136.6, 133.1, 131.1, 130.7, 129.3, 128.9, 126.3, 124.4, 124.1, 116.4, 116.0, 113.3, 71.1, 70.9, 70.1, 69.3, 52.8, 43.8, 43.7, 40.6, 40.5, 17.4, 0.3, -1.2. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 793.30118; found, 793.30155 (Δ0.37 mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例14]
6SiR600−DNP(2−(7−アミノ−3−イミノ−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
6−カルボキシ−SiR600(13mg、0.022mmol)、TSTU(7.9mg、0.026mmol)およびDIPEA(100μL、0.57mmol)を1mLのDMFに溶解した反応混合物を遮光下室温で15分間撹拌した。1M DNP−amineのアセトニトリル溶液(84μL)を滴下し、遮光下室温でさらに30分間撹拌した。粗生成物はHPLCで精製を行い、中間体を緑色固体として取得した。中間体(14mg、0.016mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(2.4mg、0.0021mmol)および1,3−ジメチルバルビツール酸(12mg、0.076mmol)を5mLの脱酸素DCMに溶解した反応混合物をアルゴン雰囲気下室温で終夜撹拌した。反応混合物は濃縮した後、HPLCで精製を行い、6SiR600−DNP(3.7mg、0.0052mmol)を緑色固体として取得した(2反応の収率24%)。
1H NMR (400 MHz, Acetone-d6 + TFA): δ 8.89 (d, 1H, J = 2.8 Hz), 8.25 (dd, 1H, J = 9.6, 2.8 Hz), 8.16 (dd, 1H, J = 8.0, 1.2 Hz), 8.10 (d, 2H, J = 2.4 Hz), 8.04 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 8.00 (br s, 1H), 7.58 (dd, 2H, J = 8.8, 2.4 Hz), 7.44 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 7.25 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 3.80 (t, 2H, J = 5.6 Hz), 3.69-6.60 (m, 8H), 3.51 (t, 2H, J = 5.6 Hz), 0.82 (s, 3H), 0.70 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 713.23858; found, 713.24096 (Δ2.38mmu).
Figure 2018135598
[合成実施例15]
6SiR700−DNP(4−((2−(2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)−2−(1,9,11,11−テトラメチル−2,3,7,8,9,11−ヘキサヒドロシリノ[3,2−f:5,6−f’]ジインドール−1−イウム−5−イル)ベンゾエート)の合成
6−カルボキシ−SiR700(Lukinavicius, G. et al. Fluorogenic probes for multicolor imaging in living cells. J. Am. Chem. Soc. 138, 9365-9368 (2016).)(8.3mg、0.016mmol)、TSTU(5.6mg、0.019mmol)およびDIPEA(71μL、0.40mmol)を1mLのDMFに溶解した反応混合物を遮光下室温で15分間撹拌した。1M DNP−amineのアセトニトリル溶液(59μL)を滴下し、遮光下室温でさらに30分間撹拌した。粗生成物はHPLCで精製を行い、6SiR700−DNP(8.6mg、0.011mmol)を緑色固体として取得した(収率70%)。
1H NMR (400 MHz, Acetone-d6): δ 8.91 (d, 1H, J = 2.4 Hz), 8.83 (br s, 1H), 8.28-8.24 (m, 1H), 8.05 (s, 2H), 7.95 (t, 1H, J = 5.2 Hz), 7.68 (s, 1H), 7.18 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 6.97 (br s, 2H), 6.66 (s, 2H), 3.77 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.64-3.60 (m, 8H), 3.54-3.45 (m, 6H), 2.95 (s, 6H), 2.85-2.77 (m, 4H), 0.65 (s, 3H), 0.51 (s, 3H). 13C NMR (100 MHz, Acetone-d6): δ 166.0, 165.9, 159.5, 156.0, 149.5, 149.4, 136.5, 133.9, 131.0, 130.8, 128.3, 124.4, 118.0, 116.2, 116.0, 115.2, 113.5, 71.1, 70.9, 70.1, 69.3, 55.5, 43.8, 43.7, 40.6, 40.5, 34.6, 27.9, -0.4, -1.2. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 793.30118; found, 793.29938 (Δ-1.80 mmu).
Figure 2018135598
3.抗DNP抗体産生ハイブリドーマ培養上清による蛍光団−DNPの蛍光増加効果の測定
1mM SRB−DNP/DMSO溶液をPBS(pH7.4)で希釈して5μM SRB−DNP/PBSを調製し、96ウェルプレート(BD 353219 Imaging Plate)の各ウェルに10μlずつ分注した。SRB−DNPは、Sunbulらの報告したSR−DN1と同一で合成法も同様である(M. Sunbul, A. Jaschke, Contact-mediated quenching for RNA imaging in bacteria with a fluorophore-binding aptamer. Angewandte Chemie (International ed. in English) 52, 13401-13404 (2013).)。ハイブリドーマクローン培養液もしくは陰性対照としてハイブリドーマ培養培地を90μl加え、Mixmate(Eppendorf)を用いて1,000rpmで30秒撹拌した後、マイクロプレートリーダー SH−9000(CORONA ELECTRIC Co.,Ltd.)で蛍光測定を行った。測定波長条件は、Ex/Em=570nm/600nm。このスクリーニングで大きな蛍光変化率を示した上位27ウェルのハイブリドーマの培養上清については、さらに4種類の蛍光団−DNP(SRB−DNP、5OG−DNP、R110−DNP、DCF−DNP)に対する蛍光の増強効果を調べた。
ここで複数種類の蛍光団−DNPに対して大きな蛍光増加効果が見られた4ウェル(1E10、1H4、3B12、4C12)のハイブリドーマについては限界希釈法によるクローン化を行った。
4.細胞培養とプラスミド導入
HEK293T細胞とHeLa細胞は10%ウシ胎仔血清(FBS、SIGMA)を含むダルベッコ変法イーグル培地(DMEM、Wako)中で二酸化炭素濃度5%、37℃中で培養した。
HeLa細胞への遺伝子導入はリポフェクションを用いた。24ウェルディッシュで培養中のHeLa細胞に対して0.5μgのplasmidを加えたOpti−MEM I(GIBCO)25μlを、2μlのLipofectamine 2000(Invitrogen)と25μlのOpti−MEM Iの混合溶液に加えて室温で5分インキュベートした。これを90〜100%コンフルエントのHEK293T細胞とHeLa細胞の培地500μlに加え、二酸化炭素濃度5%、37℃で培養した。トランスフェクションから5〜8時間後に細胞濃度を1/10に希釈してガラスディッシュに撒きなおした。トランスフェクションから24時間経過した後に各種イメージング実験に供した。
5.ライブセルイメージング
細胞の観察はキセノンアークランプを備えた倒立顕微鏡(IX−71、Olympus)を用いて行われた。撮影はEM−CCDカメラ(iXon EM+, Andor)を用いて取得した。6SiR−DNPの蛍光画像を取得する際は608−648nmの励起光フィルター、660 nmのダイクロイックミラーと672−712nmの吸収フィルターから構成されるCy5−4040Cフィルターセット(Semrock)を用いた。
CFPの蛍光画像を取得する際は424−438nmの励起光フィルター、450nmのダイクロイックミラーと460−510nmの吸収フィルターから構成されるU−MCFPHQフィルターセット(Olympus)を用いた。図3のスクリーニングでは対物レンズ(10x NA 0.3、20x NA 0.75:Olympus)を用い、図5、8、9、10の観察では油浸対物レンズ(100x NA 1.4:Olympus)を用いた。
細胞の観察は、HeLa細胞の培地を吸いHBS緩衝液(25mM Hepes、125mM NaCl、2.5mM KCl、2mM CaCl、1mM MgCl、25mM D−glucose、pH7.4)で洗浄した後、濃度100nMもしくは10nMの6SiR−DNPを含むHBS緩衝液中で行った。6SiR−DNPを加えてから5分後に撮影を開始した。画像解析にはImageJ(NIH)を用いた。
6.SIMイメージング
Hela細胞にpTBB−GGGS4−5D4をトランスフェクションし、5〜8時間後にトリプシン処理によって剥がした後に、コラーゲンとポリ−L−リジンでコートしたカバーガラス上に1/10の密度となるように再播種し、さらに18〜25時間、37℃、4%、CO存在下で培養し、SIMイメージングに供した。構造化照明画像はSIMシステム(Nikon)を用いて取得した。励起として640nm半導体レーザーを用いて、対物レンズ(100x SR Apo TIRF、NA 1.49:Nikon)、s−CMOSカメラ(ORCA Flash 4、Hamamatsu)を用いて2秒のフレームレートで蛍光像を取得した。取得した蛍光像はNIS−Elementsソフトウェア(Nikon)を用いて解析した。
7.実験結果
[実施例1]
抗DNP scFvの取得
マウスを用いて抗DNPモノクローナル抗体を作製した(実験方法参照)。抗体産生ハイブリドーマのスクリーニングにおいてはハイブリドーマ培養上清に対してELISA法による抗体価の評価を行った(図3A)。その結果、多くの抗DNP抗体が産生されたことが確認できた。加えて、蛍光消光の解除の効率が良いsvFvを取得するためにハイブリドーマ培養上清による蛍光団−DNP(SRB−DNP)の蛍光増加率についても評価を行った(図3B)。
ここまでのスクリーニングで大きな蛍光変化率を示した上位27ウェルのハイブリドーマの培養上清の4種類の蛍光団−DNPに対する蛍光の増強効果を調べ、複数種類の蛍光団−DNPに対して大きな蛍光増加効果が見られた4ウェル(1E10、1H4、3B12、4C12)のハイブリドーマのクローン化を行った(図3C)。ここでは蛍光団−DNPとしてSRB−DNP、5OG−DNP、R110−DNP、DCF−DNPの4種類を用いた。
得られた4クローンの各ハイブリドーマからRNAを抽出し、逆転写反応によりモノクローナル抗体の軽鎖及び重鎖の可変領域のcDNA断片を得た。オーバーラップPCR法によりリンカー配列を介して軽鎖及び重鎖の可変領域のcDNA断片を繋ぎ、それぞれ1E10、3B12のウェルに由来するサブクローン(4E10、5D4)のみからscFvコンストラクトを構築できた。4E10、5D4のリコンビナントタンパク質を大腸菌発現系で発現・精製し、蛍光団−DNP(DCF−DNP)に対する蛍光強度変化への効果を調べたところ5D4のみが蛍光強度の増加(10倍程度)を示した。シーケンシングにより5D4をコードするcDNA配列の核酸配列を同定し(配列番号8)、その結果から決定したアミノ酸配列をIMGTデータベース(http://www.imgt.org/)を用いて解析し、CDR領域を特定した(図4)
[実施例2]
培養細胞での抗DNP scFvの発現テスト
scFvで蛍光団−DNPの蛍光増加効果が見られた5D4クローンを蛍光タンパク質TagRFPとの融合タンパク質としてHEK293T細胞に発現させてscFvの細胞内での発現の様子や蛍光団−DNPによる細胞質の蛍光標識の可否を評価した。蛍光団−DNPとして6OGdiAc−DNPを終濃度1μMとなるように細胞に負荷して室温で10分間放置した後にHBSで細胞外の6OGdiAc−DNPを洗浄した。引き続き37℃で10分間放置した後に、蛍光顕微鏡で観察したところTagRFP陽性のHEK293T細胞の細胞質にのみ緑色蛍光が確認された(図5)。得られた5D4クローンが抗DNP scFvとして機能する状態で細胞内に発現可能であることが確認できたため、5D4クローンを以降の開発工程に供した。
[実施例3]
蛍光団−DNPの蛍光性変化特性の解析
上記で作製した蛍光団−DNPのうち、近赤外領域の蛍光を示し、細胞へのアプリケーションにおいて自家蛍光の影響の大幅な軽減が期待できる6SiR−DNPの吸収スペクトル及び蛍光スペクトルを5D4有無の条件下で計測した。6SiR−DNPは5D4存在時に、653nmに吸収極大を持ち、668nmに蛍光の極大を示した(図6A、B)。この蛍光特性は細胞での蛍光イメージングで広く用いられているCy5色素と類似している。5D4存在下では、5D4非存在下と比べて6SiR−DNPの蛍光強度が98倍に増加した(図6B)6SiR−DNPの5D4との結合している状態での蛍光量子収率を測定したところ、過剰量の5D4存在下での蛍光量子収率は0.57であった。この蛍光量子収率の値は大きく、細胞の標識実験においても汎用性の高い蛍光色素であるCy5(量子収率=0.2〜0.4)、Cy5.5(量子収率=0.24)と同等かそれ以上である(Q. Zheng et al., Ultra-stable organic fluorophores for single-molecule research. Chem Soc Rev 43, 1044-1056 (2014).)。また、その他の蛍光団−DNPを評価したところ、5D4の存在下で同様に大きな蛍光強度の増大を示した(図7)。図7では、短波長側から、6OG−DNP、6DCF−DNP、6JF549−DNP、6SiR600−DNP、6SiR−DNP、6SiR700−DNPについて5D4有無の条件下での蛍光スペクトルを示している。
[実施例4]
培養細胞内の任意の部位への発現させた5D4の蛍光標識
5D4を細胞内の任意の部位に発現させた際に6SiR−DNPで標識され、蛍光顕微鏡で蛍光像が観察できるかどうかを調べた。ECFPのみを発現させて6SiR−DNPを細胞に負荷した際(図8A)、及び5D4を付加したECFPを細胞に発現させるが6SiR−DNPを細胞に負荷しない際は6SiR−DNPによる蛍光シグナルは観察されなかった(図8B)。5D4をECFPとの融合タンパク質としてHela細胞に発現させた際には、TagRFPとの融合タンパク質として発現させた際(図5)と同様に細胞質全体に渡る6SiR−DNPの蛍光シグナルが観察された(図8C)。5D4をECFP及び核、細胞膜、小胞体への局在化ペプチドを付加してそれぞれを融合タンパク質として発現させた後に、細胞へ終濃度0.1μMの6SiR−DNPを負荷したところ、いずれの細胞においても狙った細胞内部位で蛍光標識された蛍光像が取得できた(図8D、E、F)。
以上の結果は5D4が細胞内で任意の部位で安定に発現してかつDNPとの結合能を失っておらず、5D4とDNPが結合したときのみ蛍光団−DNPが蛍光性となることを示す。以上より、蛍光団−DNPの洗浄せずに、細胞外液に未反応の6SiR−DNPが存在しても細胞内オルガネラの構造を高いコントラストで蛍光イメージングできることが示された。
[実施例5]
任意のタンパク質との融合タンパク質として発現させた5D4の標識
細胞内に5D4との融合タンパク質として発現させたタンパク質を蛍光団−色素によって標識できるかどうかを調べた。
β−チューブリンタンパク質を観察対象として5D4との融合タンパク質の発現コンストラクトをHela細胞に遺伝子導入した。細胞外液に6SiR−DNPが存在する条件で蛍光顕微鏡を用いて細胞を観察したところ、チューブリンに特徴的な繊維状の構造が観察された(図9A)。また、細胞内のb−アクチンを観察対象とすることを試みた。β−アクチンと5D4の融合タンパク質をHeLa細胞に発現させて細胞を観察したところ、β−アクチンに特徴的な繊維状の構造が観察された(図9B)。さらに細胞内に内在するF−アクチンを可視化するため、F−アクチンに特異的に結合するペプチド配列(Lifeact配列)を5D4のN末端に付加した発現コンストラクトをHela細胞に遺伝子導入した。β−アクチンと5D4の融合タンパク質を細胞に発現させた際と同様な特徴的な繊維状の構造が観察された(図9C)。
小胞体上に局在しカルシウムシグナルを制御することが知られているSTIM1タンパク質(Y. Baba et al., Coupling of STIM1 to store-operated Ca2+ entry through its constitutive and inducible movement in the endoplasmic reticulum. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 103, 16704-16709 (2006))と5D4の融合タンパク質をHela細胞に発現させて、6SiR−DNPで染色したところ小胞体と微小管に沿うような構造の蛍光像が観察された(図9D)。この結果は先行研究で報告されているSTIM1の細胞内での分布と一致している。
以上のタンパク質の標識実験の結果は5D4を細胞内の観察対象分子との融合タンパク質として細胞に発現及び蛍光標識できる分子タグとして用いることが可能であることを示す。
5D4を介して蛍光標識したタンパク質のタイムラプスイメージングへの適用可能性をSTIM1タンパク質の動態観察を通じて検証した。5D4を付加してSTIM1を6SiR−DNPで蛍光標識したSTIM1が報告されているGFP−STIM1と同様に5D4が付加したSTIM1タンパク質の微小管に沿って移動する様子が観測された(図10)。以上より、本分子タグを用いることで対象タンパク質のライブセルイメージングを行い細胞内でのタンパク質の動態の可視化解析が可能であることが示された。
[実施例6]
ライブセル超解像イメージング
近年の超解像顕微鏡技術の発展により、細胞内オルガネラの微細構造や機能分子の時空間動態についてナノメートルの解像度で高精細に解析する試みが進んでいる。そこで、超解像イメージングの一つである構造化照明顕微鏡法(SIM)でのライブセル超解像イメージングへの適用可能性を検証した。Hela細胞に5D4とチューブリンの融合タンパク質を発現させ、通常の蛍光顕微鏡とSIM法による観察結果を比較したところ、通常の蛍光像では空間的に分離が不可能であった構造が、複数の繊維状の構造によって構成されている様子が観察できた(図11A、B)。またSIM法によるタイムラプス撮影を行ったところ、150秒程度までチューブリンの構造が安定して観察できた(図11C)。また30秒の時間解像度でチューブリンの微細構造の変化を検出することが出来た(図11D)。以上より、本研究で開発した分子タグ技術を用いた細胞内分子の標識によりSIM法でのチューブリンのナノスケールの微細構造のライブセルイメージングに成功し、タイムラプス撮影に適用可能であり、連続的かつ高精細な細胞内分子の動態解析に利用できることが示された。
本発明においては、細胞内において解析対象とするタグ付き分子のみ蛍光を発せさせることにより、極めて低いバックグラウンド蛍光の下で細胞内分子やオルガネラを蛍光観察することが可能となった。Haloタグ技術やSNAPタグ技術では常に蛍光ONの状態の色素を用いているため、低いバックグラウンド蛍光で観察するには色素を洗い流す作業が必要である。また、細胞内外への非特異的吸着が直ちに蛍光シグナルとして蛍光観察像に反映されてしまうためバックグラウンド蛍光を軽減する工夫が必要であった。これら既存の分子タグ技術に対して細胞外液に蛍光団−色素を添加するだけで簡便に低バックグラウンドでの蛍光観察ができる点がDNPタグ技術の優位な点である。またライブセルイメージングにおけるタイムラプス撮影や超解像イメージングにも適用可能な点も重要である。さらに近赤外光の蛍光を発する6SiR−DNPによる蛍光イメージングは、GFPの蛍光と比較して高い組織透過性と低い自家蛍光を示すことにより組織の蛍光イメージングにおいても高い有用性を持つ。
蛍光イメージング、特にレーザー顕微鏡などの細胞局所への強い励起光の照射を必要とする蛍光イメージング実験においては蛍光色素のブリーチングが高精細なイメージングや長期間にわたるイメージングを行う上で大きな障害になる場合がある。高いシグナル−ノイズ比で観察するには強い励起光を当てることや長時間励起光を当てて撮影する必要があるが、強い励起光を長時間当てると色素がブリーチングしてしまい高いシグナル−ノイズ比を維持したまま長時間の蛍光イメージングが出来なくなる。実施例において5D4を用いた蛍光イメージングでは、HaloタグやSNAPタグと異なり共有結合を介さない標識方式であるので、ブリーチング後に機能しなくなった蛍光団−色素が解離すると考えられる。蛍光団−色素の解離後に周辺に存在している未反応の蛍光団−色素が再度5D4と結合し、蛍光ONとなる過程が繰り返されることが期待できるため、長期間のタイムラプス撮影にも適していると考えられる。実際、強いレーザー強度の励起光を用いた連続的な画像取得がSIMイメージングにおいて可能であることが示唆されている。
本発明の化合物の1つである6SiR−DNPは5D4と結合していない状態では十分に消光されている。従って、細胞外に存在していても5D4に結合していない6SiR−DNPに由来する蛍光は観察対象とする分子やオルガネラの観察における空間分解能への影響が無視できるレベルに抑え込まれている。蛍光観察の際に系内にある不要な蛍光色素を除去するステップが必要ないという点は、創薬等におけるハイスループットスクリーニング(HTS)においては特に有用である。HTSではプローブの洗浄処理などの工程を減らすことによりスクリーニング系全体の効率を上げ、多数の検体を極めて高い効率でアッセイを行うことが求められる。洗浄などの処理を省略して反応と測定を続けて行う方法は“mix and measure”や“homogeneous”法と呼ばれ、特に数万から数十万の化合物をアッセイする薬剤スクリーニングでは望ましい方法と考えられている。本発明で示された知見からDNPタグと蛍光団−色素を導入したスクリーニング系では余剰蛍光色素の洗浄プロセスを必要としないHTS系の構築が可能である。
[実施例6]
1分子位置決定法による超解像イメージング
本発明の分子タグ(De−QODEタグ)を分子位置決定法による超解像イメージングに適用するに当たり、De−QODEタグ−プローブの結合解離キネティックスを制御することにより蛍光明滅を実現することを検討した。
図12に、6DCF−DNPと5D4との結合解離キネティックの模式図を示すが、この場合、蛍光OFFとなる解離定数(koff)は1.4×10−2(/s)である。De−QODEタグ−プローブの解離定数(koff)を増大させるため、De−QODEタグ及びプローブの両方について分子改変の検討を行った。
(1)抗DNP scFv変異体タンパク質の発現コンストラクト
MBP−scFvタンパク質のコード領域内へのアミノ酸変異導入は目的のアミノ酸変異に対応するように改変したコドンを含むフォワードプライマーとリバースプライマーと耐熱性ポリメラーゼKOD Plus(TOYOBO)を用いてpMalc5E−5D4を鋳型とした環状PCR法により導入した。得られた直鎖PCR産物をLigation kit ver2(TAKARA)を用いて環状化してMBP−scFv変異体の発現コンストラクトを得た。
(2)プローブの合成
pCNoNP−amine(4−((2−(2−(2−アモノエトキシ)エトキシ)エチル)アミノ)−3−ニトロベンゾニトリル)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、4−ブロモ−3−ニトロベンゾニトリルを原料としてpCNoNP−amine(1.22g、4.14mmol)を黄色オイルとして取得した(収率75%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 9.89 (br s, 1H), 9.83 (d, 1H, J = 2.0 Hz), 9.02 (dd, 1H, J = 9.2, 2.0 Hz), 8.44 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 5.10 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 5.00-4.88 (m, 6H), 4.76 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 4.06 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100MHz, CD3OD): δ 196.1, 186.2, 180.6, 166.7, 166.0, 164.3, 145.9, 122.0, 118.8, 118.6, 117.0, 91.3, 90.2. HRMS (ESI) calcd for [M+Na]+, 317.12203 ; found, 317.12552 (Δ3.49 mmu).
pBroNP−amine(N−(2−(2−(2−アミノエトキシ)エトキシ)エチル)−4−ブロモ−2−ニトロアニリン)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、4−ブロモ−1−フルオロ−2−ニトロベンゼンを原料としてpBroNP−amine(1.36g、3.89mmol)を橙色オイルとして取得した(収率77%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.21 (d, 1H, J = 2.4 Hz ), 7.55 (dd, 1H, J = 9.2, 2.4 Hz), 7.99 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 3.77 (t, 2H, J = 5.6 Hz), 3.70-3.68 (m, 2H), 3.66-3.63 (m, 2H), 3.52 (t, 2H, J = 5.6 Hz), 2.77 (t, 2H, J = 5.26 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 145.7, 139.9, 133.3, 129.4, 117.5, 107.0, 73.6, 71.5, 71.4, 70.0, 43.6, 42.1. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 348.05535; found, 348.05503 (Δ0.32 mmu).
pCloNP−amine(N−(2−(2−(2−アミノエトキシ)エトキシ)エチル)−4−クロロ−2−ニトロアニリン)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、4−クロロ−1−フルオロ−2−ニトロベンゼンを原料としてpCloNP−amine(1.17g、3.85mmol)を橙色オイルとして取得した(収率69%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.03 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 6.99 (d, 1H, J = 2.0 Hz), 6.59 (dd, 1H, J = 9.2, 2.0 Hz), 3.77 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.70-3.64 (m, 4H), 3.52 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.47 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 2.78 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 147.1, 143.6, 131.7, 129.1, 116.6, 114.7, 73.5, 71.5, 71.3, 70.0, 43.7, 42.1. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 304.10586; found, 304.10603 (Δ0.17 mmu).
pMeOoNP−amine(N−(2−(2−(2−アミノエトキシ)エトキシ)エチル)−4−メトキシ−2−ニトロアニリン)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、1−フルオロ−4−メトキシ−2−ニトロベンゼンを原料としてpMeOoNP−amine(1.01g、3.39mmol)を赤色オイルとして取得した(収率69%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 7.45 (d, 1H, J = 2.8 Hz), 7.12 (dd, 1H, J = 9.2, 2.8 Hz), 6.89 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 3.75-3.73 (m, 5H), 3.67-3.61 (m, 4H), 3.50 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.44 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 2.77 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 150.9, 142.4, 131.9, 128.0, 116.7, 107.7, 73.6, 71.5, 71.3, 70.2, 56.2, 43.7, 42.2. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 300.15540; found, 300.15689 (Δ1.49 mmu).
pCF3oNP−amine(N−(2−(2−(2−アミノエトキシ)エトキシ)エチル)−2−ニトロ−4−(トリフルオロメチル)アニリン)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、1−フルオロ−2−ニトロ−4−(トリフルオロメチル)ベンゼンを原料としてpCF3oNP−amine(1.50g、4.45mmol)を黄色オイルとして取得した(収率77%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.36 (d, 1H, J = 1.2 Hz), 7.67 (dd, 1H, J = 9.2, 2.4 Hz), 7.18 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 3.79 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.71-3.64 (m, 4H), 3.59 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.52 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 2.77 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 148.3, 132.9 (q, J = 3.2 Hz), 132.0, 125.8 (q, J = 4.3 Hz), 125.3 (q, J = 268.3 Hz), 117.8 (q, J = 33.7 Hz), 116.6, 73.6, 71.6, 71.4, 69.9, 43.7, 42.1. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 338.13222; found, 338.13308 (Δ0.86 mmu).
pCOOMeoNP−amine(4−((2−(2−(2−アミノエトキシ)エトキシ)エチル)アミノ)−3−ニトロ安息香酸メチル)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、4−フルオロ−3−ニトロ安息香酸メチルを原料としてpCOOMeoNP−amine(1.60g、4.90mmol)を黄色オイルとして取得した(収率82%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.63 (d, 1H, J = 2.0 Hz), 7.93 (dd, 1H, J = 9.2, 2.0 Hz), 7.01 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 3.86 (s, 1H), 3.79 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.71-3.69 (m, 2H), 3.66-3.64 (m, 2H), 3.56 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.52 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 2.77 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 167.0, 148.9, 136.9, 132.3, 129.9, 117.8, 115.3, 73.6, 71.5, 71.4, 69.8, 52.6, 43.7, 42.2. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 328.15031; found, 328.15102 (Δ0.71 mmu).
pCF3OoNP−amine(N−(2−(2−(2−アミノエトキシ)エトキシ)エチル)−2−ニトロ−4−(トリフルオロメトキシ)アニリン)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、1−フルオロ−2−ニトロ−4−(トリフルオロメトキシ)ベンゼンを原料としてpCF3OoNP−amine(1.17g、3.31mmol)を橙色オイルとして取得した(収率73%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 7.99 (dd, 1H, J = 2.8, 0.8 Hz), 7.43 (ddd, 1H, J = 9.2, 2.8, 0.8 Hz), 7.11 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 3.79 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.71-3.64 (m, 4H), 3.56-3.52 (m, 4H), 2.79 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 145.7, 135.2 (q, JC-F = 571.9 Hz), 131.1, 122.0 (JC-F = 254.0 Hz), 120.0, 117.0, 73.6, 71.5, 71.3, 70.0, 43.8, 42.2. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 354.12713; found, 354.12835 (Δ1.22 mmu).
pSO2MeoNP−amine(N−(2−(2−(2−アミノエトキシ)エトキシ)エチル)−4−(メチルスルホニル)−2−ニトロアニリン)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、1−フルオロ−4−(メチルスルホニル)−2−ニトロベンゼンを原料としてpSO2MeoNP−amine(0.855g、2.46mmol)を橙色オイルとして取得した(収率53%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.57 (d, 1H, J = 2.4 Hz), 7.87 (dd, 1H, J = 9.2, 2.4 Hz), 7.19 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 3.80 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.71-3.63 (m, 4H), 3.61 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.52 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.13 (s, 3H), 2.77 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 149.0, 134.6, 131.9, 128.5, 127.7, 116.7, 73.5, 71.5, 71.3, 69.8, 44.6, 43.8, 42.1. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 348.12238 ; found, 348.12210 (Δ-0.28 mmu).
pMeoNP−amine(N−(2−(2−(2−アミノエトキシ)エトキシ)エチル)−4−メチル−2−ニトロアニリン)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、1−フルオロ−4−メチル−2−ニトロベンゼンを原料としてpMeoNP−amine(1.18g、4.17mmol)を橙色オイルとして取得した(収率64%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 7.84 (d, 1H, J = 0.8 Hz), 7.29-7.26 (m, 1H), 6.87 (d, 1H, J = 8.8 Hz), 3.75 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.69-3.63 (m, 4H), 3.52 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.46 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 2.77 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 144.9, 138.8, 132.6, 126.6, 126.1, 115.3, 73.6, 71.5, 71.3, 70.1, 43.6, 42.2, 20.0. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 284.16048; found, 284.16183 (Δ1.35 mmu).
mCF3oNP−amine(N−(2−(2−(2−アミノエトキシ)エトキシ)エチル)−2−ニトロ−5−(トリフルオロメチル)アニリン)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、2−フルオロ−1−ニトロ−4−(トリフルオロメチル)ベンゼンを原料としてmCF3oNP−amine(1.12g、3.33mmol)を橙色オイルとして取得した(収率68%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.22 (dd, 1H, J = 8.8, 0.4 Hz), 7.28 (d, 1H, J = 0.4 Hz), 6.85 (dd, 1H, J = 8.8, 2.0 Hz), 3.80 (t, 2H, J = 5.6 Hz), 3.72-3.64 (m, 4H), 3.56 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.52 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 2.78 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 146.3, 137.8 (q, JC-F= 32.2 Hz), 134.6, 128.8, 124.7 (q, JC-F = 271.1 Hz), 112.9 (q, JC-F = 4.1 Hz), 111.9 (q, JC-F = 3.3 Hz), 73.6, 71.6, 71.3, 70.2, 43.7, 42.2. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 338.13222; found, 338.13335 (Δ1.13 mmu).
mCNoNP−amine(3−((2−(2−(2−アミノエトキシ)エトキシ)エチル)アミノ)−4−ニトロベンゾニトリル)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、3−フルオロ−4−ニトロベンゾニトリルを原料としてmCNoNP−amine(1.40g、4.74mmol)を橙色オイルとして取得した(収率97%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.29 (br s, 1H), 8.22 (d, 1H, J = 8.4 Hz), 7.57 (d, 1H, J = 1.6 Hz), 6.98 (dd, 1H, J = 8.8, 1.6 Hz), 3.82 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.68-3.60 (m, 8H), 3.33-3.29 (m, 2H). 13C NMR (100 MHz, (CD3)2CO): δ 145.9, 134.4, 128.4, 120.4, 119.6, 118.2, 117.6, 72.3, 71.2, 71.1, 69.7, 52.0, 43.6. HRMS (ESI+) calcd. for [M+Na]+, 317.12203; found, 317.12050 (Δ1.53 mmu).
mMeOoNP−amine(N−(2−(2−(2−アミノエトキシ)エトキシ)エチル)−5−メトキシ−2−ニトロアニリン)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、2−フルオロ−4−メトキシ−1−ニトロベンゼンを原料としてmMeOoNP−amine(1.28g、4.27mmol)を黄色オイルとして取得した(収率73%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 8.03 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 6.27 (d, 1H, J = 2.8 Hz), 6.23 (dd, 1H, J = 9.6, 2.8 Hz), 3.86 (s, 3H), 3.78 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.70 - 3.63 (m, 4H), 3.52 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.48 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 2.77 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100MHz CD3OD): δ 167.6, 149.2, 129.8, 127.3, 106.2, 96.3, 73.6, 71.5, 71.3, 70.1, 56.3, 43.6, 42.2. HRMS (ESI) calcd for [M+Na]+, 322.13734; found, 322.13714 (Δ0.20 mmu).
mCOOMeoNP−amine(3−((2−(2−(2−アミノエトキシ)エトキシ)エチル)アミノ)−4−ニトロ安息香酸メチル)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、3−フルオロ−4−ニトロ安息香酸メチルを原料としてmCOOMeoNP−amine(1.11g、3.39mmol)を橙色オイルとして取得した(収率70%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 7.98 (d. 1H, J = 9.2 Hz), 7.37 (d, 1H, J = 1.6 Hz), 7.01 (dd, 1H, J = 8.8, 1.6 Hz), 3.88 (s, 3H), 3.76 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.71 (m, 4H), 3.51 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.44 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 2.77 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 166.7, 145.8, 137.3, 134.7, 127.7, 116.7, 115.9, 73.6, 71.5, 71.3, 69.9, 53.2, 43.5, 42.2. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 328.15031; found, 328.15150 (Δ1.19 mmu).
oDNP−amine(N−(2−(2−(2−アミノエトキシ)エトキシ)エチル)−2,6−ジニトロアニリン)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、2−クロロ−1,3−ジニトロベンゼンを原料としてoDNP−amine(1.38g、4.40mmol)を褐色オイルとして取得した(収率86%)。
1H NMR (400 MHz CD3OD): δ 8.23 (d, 2H, J = 8.0 Hz), 6.85 (t, 1H, J = 8.0 Hz), 3.68-3.64 (m, 6H), 3.52 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.15 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 2.80 (t, 2H, J = 5.2 Hz).
HRMS (ESI) calcd for [M+Na]+, 337.11186; found, 337.11280 (Δ 0.94 mmu).
DCF3P−amine(N−(2−(2−(2−アミノエトキシ)エトキシ)エチル)−2,4−ビス(トリフルオロメチル)アニリン)の合成
Figure 2018135598
DNP−amineの合成と同様のスキームで、2−フルオロ−1−ニトロ−4−(トリフルオロメチル)ベンゼンを原料としてDCF3P−amine(0.847g、2.35mmol)を無色オイルとして取得した(収率55%)。
1H NMR (400 MHz, CD3OD): δ 7.65-7.63 (m, 2H), 6.97 (d, 1H, J = 8.4 Hz), 3.73 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.68-3.62 (m, 4H), 3.51 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.45 (t, 2H J = 5.2 Hz), 2.78 (t, 2H, J = 5.2 Hz). 13C NMR (100 MHz, CD3OD): δ 149.7, 131.4-131.3 (m), 129.9-121.8 (m), 125.0 (m), 118.2 (q, JC-F = 33.4 Hz), 113.6 (q, JC-F = 30.2 Hz), 113.2, 73.6, 71.5, 71.4, 70.0, 43.8, 42.2. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 361.13452; found, 361.13546 (Δ0.94 mmu).
pCNoNP(N−(2−(2−(2−((4−シアノ−2−ニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)アセトアミド)の合成
Figure 2018135598
DNPの合成と同様のスキームで、pCNoNP−amineを原料としてpCNoNP(220mg、0.653mmol)を黄色オイルとして取得した(収率96%)。
1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 8.71 (br s, 1H), 8.50 (d, 1H, J = 2.0 Hz), 7.62 (dd, 1H, J = 9.2, 2.0 Hz), 6.94 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 6.22 (br s, 1H), 3.83 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.73-3.70 (m, 2H), 3.67-3.65 (m, 2H), 3.59-3.54 (m, 2H), 3.49-3.45 (m, 2H), 1.99 (s, 3H). 13C NMR (100 MHz, CDCl3): δ 170.4, 147.2, 137.8, 132.3, 131.5, 118.0, 115.0, 98.3, 70.7, 70.2, 70.2, 68.3, 42.9, 39.4, 23.3. HRMS (ESI+) calcd. for [M+Na]+, 359.13259; found, 359.13431 (Δ1.49 mmu).
6SiR−NHS(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−(((2,5−ジオキソピロリジン−1−イル)オキシ)カルボニル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
SiR−カルボキシル(G. Lukinavicius et al., A near-infrared fluorophore for live-cell super-resolution microscopy of cellular proteins. Nat Chem 5, 132-139 (2013))(30mg、0.064mmol)、TSTU(23mg、0.076mmol)およびDIPEA(290μL、1.7mmol)を0.5mLのDMFに溶解した反応混合物を遮光下室温で2時間撹拌した。TFA(130μL、1.7mmol)を加えた後、粗生成物はHPLCで精製を行い、6SiR−NHS(25mg、0.044mmol)を緑色固体として取得した(収率69%)。
1H NMR (400MHz DMSO-d6): δ 8.36 (dd, 1H, J = 8.0, 1.6 Hz), 8.20 (dd, 1H, J = 8.0, 0.4 Hz), 7.943 - 7.938 (m, 1H), 7.20(d, 2H, J = 2.8 Hz), 6.75 (dd, 2H, J = 8.8, 2.8 Hz), 2.99 (s, 12H), 2.95 (s, 4H), 0.68 (s, 3H), 0.58 (s, 3H). 13C NMR (100MHz DMSO-d6): δ 170.3, 169.4, 162.0, 156.4, 150.4, 141.5, 137.3, 132.1, 132.0, 131.4, 131.3, 129.2, 127.5, 126.6, 118.1, 115.2, 40.5, 26.3, 0.1, -0.9. HRMS (ESI+) calcd for C31H32N3O6Si [M+H]+, 570.20549 ; found, 570.20454 (Δ-0.95 mmu).
[合成実施例16]
6SiR−pCNoNP(4−((2−(2−(2−((4−シアノ−2−ニトロベンジル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)−2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルアミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−yl)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびpCNoNP−amineを原料として6SiR−pCNoNP(2.4mg、0.0032mmol)を緑色固体として取得した(収率91%)。
1H NMR (400 MHz (CD3)2CO): δ 8.60 (br s, 1H), 8.43 (d, 1H, J = 2.0Hz), 8.09 (dd, 1H, J = 8.0, 1.2 Hz), 7.98 - 7.96 (m, 2H), 7.77 (d, 1H, J = 0.8 Hz), 7.71 (ddd, 1H, J = 8.8, 2.0, 0.8 Hz), 7.13-7.11 (m, 3H), 6.75 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.65 (dd, 2H, J = 8.8, 2.8 Hz), 3.73 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.61-3.60 (m, 6H), 5.54-3.49 (m, 4H), 2.97 (s, 12H), 0.69 (s, 3H), 0.55 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 749.31135 ; found, 749.31045 (Δ-0.90 mmu)
[合成実施例17]
6SiR−oNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−(2−((2−ニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびoNP−amineを原料として6SiR−oNP(2.3mg、0.0032mmol)を緑黄色固体として取得した(収率91%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.19 (br s, 1H), 8.10-8.05 (m, 2H), 7.98 (br s, 1H), 7.96-7.94 (dd, 1H, J =8.0, 0.4 Hz), 7.76 (d, 1H, J = 0.4 Hz), 7.51-7.49 (m, 1H), 7.09 (d, 2H, J =2.8 Hz), 6.97 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 6.74 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.70-6.65 (m, 1H), 6.63 (dd, 2H, J = 8.8, 2.8 Hz), 3.72 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.62-3.60 (m, 6H), 3.55-3.53 (m, 2H), 3.45-3.41 (m, 2H), 2.96 (s, 12H), 0.68 (s, 3H), 0.55 (s, 3H) . HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 724.31610; found, 724.31450 (Δ-1.60mmu).
[合成実施例18]
6SiR−oDNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルアミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−(2−((2,6−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびoDNP−amineを原料として6SiR−oDNP(2.6mg、0.0034mmol)を黄色固体として取得した(収率96%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.52 (br s, 1H), 8.22 (d, 2H, J = 8.4 Hz), 8.07 (dd, 1H, J = 8.0, 1.2 Hz), 7.96-7.94 (m, 2H), 7.75 (d, 1H, J = 0.8 Hz), 7.09 (d, 2H, J= 2.8 Hz), 6.89 (t, 1H, J =8.0 Hz), 6.75 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.64 (dd, 2H, J = 9.2, 2.8 Hz), 3.65 (t, 2H, J = 2.8 Hz), 3.60-3.58 (m, 6H), 3.55-3.51 (m, 2H), 3.09-3.05 (m, 2H), 2.96 (s, 12H), 0.69 (s, 3H), 0.55 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 769.30118; found, 769.30113 (Δ-0.05 mmu).
[合成実施例19]
6SiR−linker(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミニオ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−メトキシエトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよび2−(2−メトキシエトキシ)エタン−1−アミンを原料として6SiR−linker(0.8mg、0.0014mmol)を緑色固体として取得した(収率40%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.11 (dd, 1H, J = 8.0, 1.2 Hz), 8.02 (br s, 1H), 7.99 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 7.75 (s, 1H), 7.11 (d, 2H, J = 2.8 Hz), 6.75 (d, 2H, J = 9.2 Hz), 6.65 (dd, 2H, J = 8.8, 2.8 Hz), 3.59-3.51 (m, 6H), 3.43-3.41 (m, 2H), 3.20 (s, 3H), 2.97 (s, 12H), 0.68 (s, 3H), 0.56 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 574.27317; found, 574.27444 (Δ1.27 mmu).
[合成実施例20]
6SiR−mCNoNP(4−((2−(2−(2−((5−シアノ−2−ニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)−2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびmCNoNP−amineを原料として6SiR−mCNoNP(2.0mg、0.0027mmol)を黄色固体として取得した(収率76%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.25 (br s, 1H), 8.19 (d, 1H, J = 8.8 Hz), 8.08 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 7.96-7.94 (m, 2H), 7.75 (s, 1H), 7.48 (s, 1H), 7.10 (d, 2H, J = 2.4 Hz), 6.97 (d, 1H, J = 8.8 Hz), 6.76 (d, 2H, J = 9.2 Hz), 6.64 (dd, 2H, J = 8.8, 2.8 Hz), 3.75 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.61-3.60 (m, 6H), 3.55-3.51 (m, 4H), 2.96 (s, 12H), 0.69 (s, 3H), 0.55 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 749.31135; found, 749.31022 (Δ-1.13 mmu).
[合成実施例21]
6SiR−pCF3oNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−(2−((2−ニトロ−4−(トリフルオロメチル)フェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびpCF3oNP−amineを原料として6SiR−pCF3oNP(2.0mg、0.0025mmol)を黄緑色固体として取得した(収率72%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.50 (br s, 1H), 8.36 (d, 1H, J = 1.2 Hz), 8.08 (dd, 1H, J = 8.0, 1.6 Hz), 7.98 (br s, 1H), 7.95 (dd, 1H, J = 8.0, 0.4 Hz), 7.76 (s, 1H), 7.73 (dd, 1H, J = 9.2, 2.4 Hz), 7.17 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 7.10 (d, 2H, J = 2.8 Hz), 6.75 (d, 2H, J = 9.2 Hz), 6.64 (dd, 2H, J = 8.8, 2.8 Hz), 3.74 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.64-3.60 (m, 6H), 3.59-3.48 (m, 4H), 2.95 (s, 12H), 0.68 (s, 3H), 0.55 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 792.303349; found, 792.30515 (Δ1.66 mmu).
[合成実施例22]
6SiR−pCOOMeoNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−(2−((4−(メトキシカルボニル)−2−ニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびpCOOMeoNP−amineを原料として6SiR−pCOOMeoNP(5.0mg、0.0064mmol)を緑色固体として取得した(収率91%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.69 (d, 1H, J = 2.4 Hz ), 8.56 (br s, 1H), 8.11 (dd, 1H, J = 8.0, 1.2 Hz), 8.01-7.96 (m, 3H), 7.82 (br s, 2H), 7.42 (br s, 2H), 7.07 (d, 2H, J = 9.2 Hz), 6.91-6.86 (m, 3H), 3.86 (s, 3H), 3.75 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.63-3.60 (m, 6H), 3.54-3.52 (m, 4H), 3.01 (s, 12H), 0.72 (s, 3H), 0.58 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 782.32158; found, 782.32129 (Δ-0.29 mmu).
[合成実施例23]
6SiR−pBroNP(4−((2−(2−(2−((4−ブロモ−2−ニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルボニル)−2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]silin−10−yl)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびpBroNP−amineを原料として6SiR−pBroNP(2.4mg、0.0030mmol)を緑色固体として取得した(収率85%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.22 (br s, 1H), 8.16 (d, 1H, J = 2.4 Hz), 8.10 (dd, 1H, J =8.0, 1.2 Hz), 7.98-7.96 (m, 2H), 7.78 (s, 1H), 7.57 (dd, 1H, J =9.2, 2.4 Hz), 7.20 (br s, 2H), 6.98 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 6.79 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.73-6.71 (m, 2H), 3.71 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.62-3.59 (m, 6H), 3.55-3.51 (m, 2H), 3.45-3.41 (m, 2H), 2.98 (s, 12H), 0.70 (s, 3H), 0.56 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 802.22661; found, 802.22786 (Δ 1.25 mmu).
[合成実施例24]
6SiR−pCOONHMeoNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−(2−((4−(メチルカルバモイル)−2−ニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6SiR−pCOOMeoNP(2.4mg、0.0031mmol)を0.5mLのTHFに溶解し、0.5mLの水を加えた後、遮光下室温で撹拌した。TLCで反応の進行を確認しながら、1M水酸化ナトリウム水溶液を11μLずつ滴下した。計55μLを滴下した後、反応溶液に60μLの1M塩酸を加え、反応を止めた。反応混合物はジクロロメタンにより抽出を行った後、飽和食塩水で洗浄、硫酸ナトリウムで脱水、濾過、濃縮の操作を行った。粗生成物はHPLCで精製を行い、中間体(1.0mg、0.0013mmol)を緑色固体として取得した。中間体、TSTU(0.5mg、0.0016mmol)およびDIPEA(5.9μL、0.034mmol)を0.5mLのDMFに溶解した反応混合物を遮光下室温で1時間撹拌した。さらに、40%メチルアミン水溶液(0.4μL、0.0049mmol)を加え、15分撹拌した。粗生成物はHPLCで精製を行い、6SiR−pCONHMeoNP(1.0mg、0.0013mmol)を緑色固体として取得した(2反応の収率42%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.63 (d, 1H, J = 2.0 Hz), 8.41 (br s, 1H), 8.09 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 8.00-7.99 (m, 2H), 7.95 (d, 1H, J =7.6 Hz), 7.76 (m, 2H), 7.09 (d, 2H, J = 2.4 Hz), 7.04 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 6.74 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.63 (dd, 2H, J = 9.2, 2.4 Hz), 3.72 (t, 1H, J = 5.2 Hz), 3.61-3.59 (m, 6H), 3.55-3.47 (m, 4H), 2.95 (s, 12H), 2.87 (d, 3H, J = 4.4 Hz), 0.68 (s, 3H), 0.55 (s, 3H).
HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 781.33757; found, 781.33757 (Δ 0.00 mmu).
[合成実施例25]
6SiR−mCOOMeoNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−(2−((5−(メトキシカルボニル)−2−ニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびmCOOMeoNP−amineを原料として6SiR−mCOOMeoNP(3.0mg、0.0038mmol)を黄緑色固体として取得した(収率55%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.15-8.13 (m, 2H), 8.00 (dd, 1H, J = 8.0, 1.6 Hz), 7.90-7.88 (m, 2H), 7.71-7.70 (m, 1H), 7.50 (d, 1H, J = 1.6 Hz), 7.20 (dd, 1H, J = 8.8, 1.6 Hz), 7.09 (d, 2H, J = 2.8 Hz), 6.78 (d, 2H, J = 9.2 Hz), 6.65 (dd, 2H, J = 8.8, 2.8 Hz), 3.92 (s, 3H), 3.72 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.62-3.60 (m, 6H), 3.54-3.49 (m, 2H), 3.39-3.35 (m, 2H), 2.95 (s, 12H), 0.69 (s, 3H), 0.54 (s, 3H)
. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 782.32158; found, 782.32292 (Δ1.34 mmu).
[合成実施例26]
6SiR−mCF3oNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−(2−((2−ニトロ−5−(トリフルオロメチル)フェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびmCF3oNP−amineを原料として6SiR−mCF3oNP(2.0mg、0.0025mmol)を黄緑色固体として取得した(収率72%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.31 (br s, 1H), 8.25 (dd, 1H, J = 8.8, 0.4 Hz), 8.07 (dd, 1H, J =8.0, 1.6 Hz), 7.95-7.93 (m, 2H), 7.75-7.74 (m, 1H), 7.33 (s, 1H), 7.09 (d, 2H, J = 3.2 Hz), 6.94 (dd, 1H, J = 8.8, 1.6 Hz), 6.75 (d, 2H, J = 9.2 Hz), 6.64 (dd, 2H, J = 9.2, 3.2 Hz), 3.75 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.62-3.59 (m, 6H), 3.57-3.52 (m, 4H), 2.95 (s, 12H), 0.69 (s, 3H), 0.55 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 792.30349; found, 795.30297 (Δ-0.52 mmu).
[合成実施例27]
6SiR−pSO2MeoNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−(2−((4−(メチルスルホニル)−2−ニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびpSO2MeoNP−amineを原料として6SiR−pSO2MeoNP(1.7mg、0.0018mmol)を黄緑色固体として取得した(収率60%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.63 (br s, 1H), 8.58 (d, 1H, J = 2.4 Hz), 8.08 (dd, 1H, J = 8.0, 1.6 Hz), 7.97-7.95 (m, 2H), 7.91 (dd, 1H, J = 9.2, 2.4 Hz), 7.77 (d, 1H, J = 0.4 Hz), 7.21-7.18 (m, 3H), 6.81-6.73 (m, 4H), 3.76 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.63-3.60 (m, 6H), 3.56-3.51 (m, 4H), 3.10 (s, 3H), 2.98 (s, 12H), 0.70 (s, 3H), 0.56 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 824.27560; found, 824.27660 (Δ1.00 mmu).
[合成実施例28]
6SiR−pCloNP(4−((2−(2−(2−((4−クロロ−2−ニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)−2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびpCloNP−amineを原料として6SiR−pCloNP(2.4mg、0.0030mmol)を緑色固体として取得した(収率85%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.25 (br s, 1H), 8.07-8.05 (m, 2H), 7.95-7.93 (m, 2H), 7.743-7.738 (m, 1H), 7.09 (d, 2H, J = 3.2 Hz), 7.05 (d, 1H, J = 2.0 Hz), 6.76 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.68-6.62 (m, 3H), 3.72 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.63-3.60 (m, 6H), 3.55-3.51 (m, 2H), 3.44-3.40 (m, 2H), 2.96 (s, 12H), 0.70 (s, 3H), 0.55 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 758.27713; found, 758.28038 (Δ3.25 mmu).
[合成実施例29]
6SiR−LC−oNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((1−((2−ニトロフェニル)アミノ)−10−オキソ−3,6,13,16,19−ペンタオキサ−9−アザヘニコサン−21−イル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびLC−oNP−amineを原料として6SiR−LC−oNP(1.7mg、0.0018mmol)を緑色固体として取得した(収率71%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.22 (br s, 1H), 8.15-8.09 (m, 3H), 8.00-7.97 (dd, 1H, J = 8.0, 0.8 Hz), 7.80-7.79 (m, 1H), 7.53-7.49 (m, 1H), 7.10 (d, 2H, J = 2.8 Hz), 7.07-7.04 (m, 2H), 6.75 (d, 2H, J = 9.2 Hz), 6.71-6.67 (m, 1H), 6.65 (dd, 2H, J = 8.8, 2.8 Hz), 3.77 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.65-3.43 (m, 22H), 3.31-3.27 (m, 2H), 2.97 (s, 12H), 2.29 (t, 2H, J = 6.0 Hz), 0.69 (s, 3H), 0.55 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 949.41380; found, 949.41383 (Δ0.00 mmu)
[合成実施例30]
6SiR−LC−pCF3oNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((1−((2−ニトロ−4−(トリフルオロメチル)フェニル)アミノ)−10−オキソ−3,6,13,16,19−ペンタオキサ−9−アザヘニコサン−21−イル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびLC−pCF3oNP−amineを原料として6SiR−LC−pCF3oNP(1.8mg、0.0018mmol)を緑色固体として取得した(収率70%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.55 (br s, 1H), 8.39 (d, 1H, J = 1.2 Hz), 8.15-8.11 (m, 2H), 7.98 (dd, 1H, J = 8.0, 0.8 Hz), 7.80-7.79 (m, 1H), 7.56 (dd, 1H, J = 9.2, 2.4 Hz), 7.28 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 7.11-7.08 (m, 3H), 6.75 (d, 2H, J = 9.2 Hz), 6.65 (dd, 2H, J = 9.2, 2.8 Hz), 3.80 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.66-3.42 (m, 22H), 3.31-3.27 (m, 2H), 2.96 (s, 12H), 2.29 (t, 2H, J = 6.0 Hz), 0.69 (s, 3H), 0.55 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 1017.40119; found, 1017.39989 (Δ-1.30 mmu).
[合成実施例31]
6SiR−LC−pCOOMeoNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((1−((4−(メトキシカルボニル)−2−ニトロフェニル)アミノ)−10−オキソ−3,6,13,16,19−ペンタオキサ−9−アザヘニコサン−21−イル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびLC−pCOOMeoNP−amineを原料として6SiR−LC−pCOOMeoNP(1.3mg、0.0013mmol)を緑色固体として取得した(収率51%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.75 (d, 1H, J = 5.2 Hz), 8.60 (br s, 1H), 8.15-8.03 (m, 2H), 8.03-8.01 (m, 1H), 7.99-7.97 (dd, 1H, J = 7.6,0.8 Hz), 7.798-7.795 (m, 1H), 7.15 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 7.10 (d, 2H, J = 9.2 Hz), 7.07 (br s, 1H), 6.75 (d, 2H, J = 9.2 Hz), 6.65 (dd, 2H, J = 9.2, 2.8 Hz), 3.86 (s, 3H), 3.80 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.65-3.42 (m, 22H), 3.32-3.27 (m, 2H), 2.97 (s, 12H), 2.28 (t, 2H, J = 6.0 Hz), 0.69 (s, 3H), 0.55 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 1007.41928; found, 1007.41634 (Δ-2.94mmu)
[合成実施例32]
6SiR−pMeoNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−(2−((4−メチル−2−ニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびpMeoNP−amineを原料として6SiR−pMeoNP(1.7mg、0.0023mmol)を緑色固体として取得した(収率89%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.09-8.07 (m, 2H), 7.95-7.93 (m, 2H), 7.87 (s, 1H), 7.78 (s, 1H), 3.34 (dd, 1H, J= 8.8, 1.6 Hz), 7.09 (d, 2H, J = 2.8 Hz), 6.89 (d, 1H, J = 8.8 Hz), 6.74 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.63 (dd, 1H, J = 8.8, 2.8 Hz), 3.72 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.62-3.60 (m, 6H), 3.55-3.51 (m, 2H), 3.42-3.38 (m, 2H), 2.95 (s, 12H), 0.68 (s, 3H), 0.55 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 738.33175; found, 738.33238 (Δ0.63 mmu).
[合成実施例33]
6SiR−pMeOoNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−(2−((4−メトキシ−2−ニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびpMeOoNP−amineを原料として6SiR−pMeOoNP(1.3mg、0.0017mmol)を緑色固体として取得した(収率67%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.09-8.07 (m, 2H), 7.96-7.93 (m, 2H), 7.76 (s, 1H), 7.53 (d, 1H, J = 3.2 Hz), 7.20 (dd, 1H, J = 9.6, 2.8 Hz), 7.09 (d, 2H, J = 2.8 Hz), 7.01-6.96 (m, 1H), 6.74 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.63 (dd, 2H, J = 9.2, 3.2 Hz), 3.79 (s, 3H), 3.70 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.62-3.61 (m, 6H), 3.55-3.51 (m, 2H), 3.43-3.39 (m, 2H), 2.96 (s, 12H), 0.68 (s, 3H), 0.55 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 754.32667; found, 754.32777 (Δ1.10 mmu).
[合成実施例34]
6SiR−DCF3P(4−((2−(2−(2−((2,4−ビス(トリフルオロメチル)フェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)−2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびDCF3P−amineを原料として6SiR−DCF3P(2.1mg、0.0026mmol)を薄緑色固体として取得した(収率73%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.10 (d, 1H, J = 8.0 Hz). 8.00-7.94 (m, 2H), 7.76 (s, 1H), 7.70-7.68 (m, 2H), 7.10 (d, 2H, 2.8 Hz), 6.99 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 6.75 (d, 2H, J = 9.2 Hz), 6.64 (dd, 2H, J = 8.8, 2.8 Hz), 3.68 (t, 2H, J = 5.6 Hz), 3.61-3.59 (m, 6H), 3.55-3.52 (m, 2H), 3.42-3.38 (m, 2H), 2.96 (s, 12H), 0.68 (s, 3H), 0.55 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 815.30579; found, 815.30687 (Δ1.08 mmu).
[合成実施例35]
6SiR−pCF3OoNP(2−(7−(ジメチルアミノ)−3−(ジメチルイミノ)−5,5−ジメチル−3,5−ジヒドロジベンゾ[b,e]シリン−10−イル)−4−((2−(2−(2−((2−ニトロ−4−(トリフルオロメトキシ)フェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR−NHSおよびpCF3OoNP−amineを原料として6SiR−pCF3OoNP(1.7mg、0.0020mmol)を緑色固体として取得した(収率58%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.26 (br s, 1H), 8.87 (dd, 1H, J = 8.0, 1.2 Hz), 8.05 (d, 1H, J = 2.8 Hz), 7.96-7.94 (m, 2H), 7.76 (s, 1H), 7.50 (dd, 1H, J = 9.6, 2.8 Hz), 7.12-7.09 (m, 3H), 6.75 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.64 (dd, 2H, J = 8.8, 2.8 Hz), 3.73 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.63-3.60 (m, 6H), 3.55-3.51 (m, 2H), 3.48-3.44 (m, 2H), 2.96 (s, 12H), 0.69 (s, 3H), 0.55 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 808.29840; found, 808.29775 (Δ-0.65 mmu).
[合成実施例36]
6SiR720−NHS(2−(1,2,2,4,8,10,10,11,13,13−デカメチル−2,10,11,13−テトラヒドロシリノ[3,2−g:5,6−g’]ジキノリン−1−イウム−6−イル)−4−(((2,5−ジオキソピロリジン−1−イル)オキシ)カルボニル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6SiR−NHSの合成と同様のスキームで、6−Carboxy−SiRを原料として6SiR720−NHS(11mg、0.016mmol)を緑色固体として取得した(収率69%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.41 (dd, 1H, J = 8.0, 1.2 Hz), 8.34 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 8.03 (d, 1H, J = 1.2 Hz ), 7.14 (s, 2H), 6.64 (s, 2H), 5.472-5.470 (m, 2H), 3.14 (s, 6H), 2.95 (s, 4H), 1.63 (s, 3H), 1.62 (s, 3H), 1.42 (s, 6H), 1.40 (s, 6H), 0.66 (s, 3H), 0.58 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 702.29939; found, 702.30020 (Δ0.81 mmu).
[合成実施例37]
6SiR720−DNP(2−(1,2,2,4,8,10,10,11,13,13−デカメチル−2,10,11,13−テトラヒドロシリノ[3,2−g:5,6−g’]ジキノリン−1−イウム−6−イル)−4−((2−(2−(2−((2,4−ジニトロフェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR720−NHSおよびDNP−amineを原料として6SiR720−DNP(7.0mg、0.0078mmol)を緑色固体として取得した(収率78%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.91 (d, 1H, J = 2.8 Hz ), 8.79 (br s, 1H), 8.23 (dd, 1H, J = 9.6, 2.8 Hz), 8.11 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 8.01 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 7.95 (br t, 1H, J = 5.2 Hz), 7.82 (s, 1H),7.14 (d, 1H, J = 9.6 Hz), 6.88 (s, 2H), 6.55 (s, 2H), 5.34 (s, 2H), 3.76 (t, 2H, J = 5.2 Hz), 3.62-3.51 (m, 10H), 2.93 (s, 6H), 1.61 (s, 6H), 1.32 (s, 6H), 1.29 (s, 6H), 0.68 (s, 3H), 0.54 (s, 3H) 13C NMR (100 MHz, (CD3)2CO): δ 169.9, 166.2, 149.5, 145.8, 141.0, 136.6, 132.03, 131.98, 131.1, 130.7, 129.6, 129.0, 127.7, 126.6, 124.44, 124.40, 124.3, 123.3, 116.0, 115.8, 71.2, 70.9, 70.2, 69.3, 57.7, 43.9, 40.7, 31.3, 28.4, 27.8, 18.1, 0.24, -1.1. HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 901.39508; found, 901. 39525 (Δ0.17 mmu).
[合成実施例38]
6SiR720−pCF3oNP(2−(1,2,2,4,8,10,10,11,13,13−デカメチル−2,10,11,13−テトラヒドロシリノ[3,2−g:5,6−g’]ジキノリン−1−イウム−6−イル)−4−((2−(2−(2−((2−ニトロ−4−(トリフルオロメチル)フェニル)アミノ)エトキシ)エトキシ)エチル)カルバモイル)ベンゾエート)の合成
Figure 2018135598
6JF646−DNPの合成と同様のスキームで、6SiR720−NHSおよびpCF3−amineを原料として6SiR720−pCF3(7.1mg、0.0077mmol)を緑色固体として取得した(収率77%)。
1H NMR (400 MHz, (CD3)2CO): δ 8.49 (br s, 1H), 8.36-6.35 (m, 1H), 8.10 (dd, 1H, J = 8.0, 1.6 Hz), 8.01 (dd, 1H, J = 8.0, 0.4 Hz ), 7.97 (br t, 1H, J = 5.6 Hz), 7.81 (dd, 1H, J = 1.2, 0.8 Hz), 7.72 (dd, 1H, J = 9.2, 2.0 Hz), 7.18 (d, 1H, J = 9.2 Hz), 6.89 (s, 2H), 6.56 (s, 2H), 5.35-5.34 (m, 2H), 3.74(t, 2H, J = 5.6 Hz), 3.63-3.59 (m, 6H), 3.55-3.51 (m, 4H), 2.94 (s, 6H), 1.614 (s, 3H), 1.611 (s, 3H), 1.31 (s, 6H), 1.30 (s, 6H), 0.67 (s, 3H), 0.54 (s, 3H). HRMS (ESI+) calcd. for [M+H]+, 924.39739; found, 924.39648 (Δ-0.91 mmu).
(3)抗DNP scFvとプローブの解離速度定数の算出
ストップトフロー装置(Bio−logic)内の流路をリン酸緩衝液(pH7.4)(PBS)に1%w/vゼラチンを溶かした前処理液で満たし、室温で30分間以上放置することでブロッキングを行った後、MilliQ水で流路を十分に洗浄した。装置を用いて、100nM以下のMBP−5D4もしくはその変異体と1μMのプローブを溶解したPBSと、競合物質となる100μMのDNPを溶解したPBSを1:1で混合し、蛍光変化を測定した。このとき、励起/蛍光波長は、DCFのプローブは510nm/529−556nm、SiRのプローブは650nm/672−712nmを用い、計測は25−27℃の条件で行った。時間tに対して観測した蛍光強度I(t)を式(1)でフィットすることにより、解離速度定数koffを算出した(図13及び表1)。
Figure 2018135598
このとき、c(n=1−3)は定数である。
scFvの可変領域に対してアラニンスキャニング変異導入を行い、各変異体と6DCF−DNPの解離速度をDNPとの競合実験から算出したところ、V94A変異体は極大の解離速度0.31s−1を示し、オリジナルと比較して25倍高速化した。また、アラニン変異により競合実験で蛍光変化が見られないデッドミュータントとなった96番目と234番目のチロシンに着目して、他の芳香族アミノ酸で置換した変異体を評価したところ、Y96F変異体は解離速度が1.1s−1と100倍高速化することが明らかとなった(図13参照)。
さらに、合成実施例16〜35で得た6SiR−DNPの誘導体について5D4もしくは5D4(Y96F)との解離速度を評価した結果を表1に示す。表1に示されるように、5D4(Y96F)・6SiR−pCNoNPの組合せでは解離速度が14s−1と最大であった。
Figure 2018135598
(4)5D4(Y96F)のER発現コンストラクトの作製
5D4(Y96F)のER発現コンストラクトはpECFP−5D4を鋳型として2種類のプライマー(Y96F_FとVLCDR3)を用いた環状PCR法により導入した。
得られた直鎖PCR産物をLigation kit ver2(TAKARA)を用いて環状化してMBP−5D4(Y96F)の発現コンストラクトpECFP−5D4(Y96F)を得た。
(5)1分子位置決定法による超解像イメージング
小胞体局在化シグナル配列を付加したECFP−5D4(Y96F)の発現プラスミド(pECFP−5D4(Y96F)−ER)をLipofectamin 2000を用いて96ウェルプレート上で培養したHeLa細胞に導入した。プラスミド導入後20時間後にトリプシン・EDTA処理し細胞をはがした後にコラーゲン/ポリ―L―リジンでコートしたカバーガラスに再播種した。再播種後20時間後に細胞をHBSで洗浄し、10nMの6SiR−DNPを負荷し、超解像イメージングに供した。640nmの半導体レーザーを用いて標本を励起し、1分子の蛍光明滅像を背面照射型冷却EM−CCDカメラ(アンドールテクノロジー、iXon)で16ミリ秒の露光で連続的に取得した。各画像内の1分子蛍光の輝点の重心位置を決定して超解像イメージを再構成した。通常の蛍光顕微鏡のイメージと比較して、超解像イメージでは小胞体の構造が高い空間解像度で可視化された(図14)。
[実施例6]
In vivoイメージング
自家蛍光低減飼料D10001(RESEARCH DIETS Inc.)で5日飼育した7週齢の雌のヌードマウスBALB/c−nu/nu(日本SLC)に、EGFP−5D4もしくはEGFPを安定発現するSKOV3細胞をそれぞれ左右の大腿の付け根に200万細胞ずつ皮下投与した。自家蛍光低減飼料を用いてさらに5日間飼育した後、in vivoイメージング実験に供した。マウスをイソフルランで麻酔した後、100μLのPBSに溶解した10μMの6SiR700−pCF3oNPを静脈内に投与し、蛍光イメージャーPearl Trilogy(LI−COR,Inc.)を用いて観察を行った。励起/蛍光波長は685nm/720nmを用いた。プローブを投与して5分後には、EGFP−5D4を発現するSKOV3細胞が特異的に可視化された(図15)。この結果は、開発したタグ・プローブ手法により近赤外蛍光を用いた目的の細胞のin vivo標識が可能であることを明確に示している。
[実施例7]
タグ・プローブの結合解離平衡に基づく長期安定な蛍光イメージング
ECFP−5D4を発現するHeLa細胞を10nMの6SiR−pCOONHMeoNPを含むHBSに室温で1時間浸し、そのままプローブが細胞外液に10nM存在する条件で蛍光イメージングを行った。細胞全体に強力な励起光を照射したところ、光褪色の後に蛍光シグナルが回復する現象が見られた(図16)。この現象は、タグとプローブの結合解離の平衡を基に一定の蛍光強度が観察された結果であり、安定した蛍光観察が可能であることを示している。従来、光褪色が深刻な問題となる超解像イメージング等の蛍光観察において、開発したタグ・プローブ手法は光褪色に制限されずに蛍光シグナルを半永
久的に得ることを可能にする画期的な特性を有している。

Claims (34)

  1. 細胞内タンパク質を蛍光標識する方法であって、
    標識対象タンパク質と抗DNP(ジニトロフェニル化合物)抗体の融合タンパク質を細胞内で得ること、
    下記式(I)で表される化合物又はその塩を前記細胞と接触させること、及び
    前記融合タンパク質と下記式(I)で表される化合物又はその塩とを反応させることにより、前記対象タンパク質を蛍光標識することを含む、
    タンパク質を蛍光標識する方法。
    Figure 2018135598
    (前記式(I)中、
    Sは、蛍光性基であり、
    Lは、リンカーであり、
    は、一価の置換基であり、
    mは、0〜2の整数であり、
    nは、0〜2の整数であり、
    mが2の場合は、nは0であり、
    mが1の場合は、nは1又は0であり、
    mが0の場合は、nは2であり、
    nが2の場合は、Rの一価の置換基は同じであっても異なっていてもよい。)
  2. の一価の置換基が、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、シアノ基、エステル基、アミド基、アルキルスルホニル基、少なくとも1以上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭素数1〜10のアルキル基、及び少なくとも1以上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭素数1〜10のアルコキシ基からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  3. 細胞内タンパク質を蛍光標識する方法であって、
    標識対象タンパク質と抗DNP(ジニトロフェニル化合物)抗体の融合タンパク質を細胞内で得ること、
    下記式(Ia)で表される化合物又はその塩を前記細胞と接触させること、及び
    前記融合タンパク質と下記式(Ia)で表される化合物又はその塩とを反応させることにより、前記対象タンパク質を蛍光標識することを含む、
    タンパク質を蛍光標識する方法。
    Figure 2018135598
    (前記式(Ia)中、
    Sは、蛍光性基であり、
    Lは、リンカーであり、
    m1は、1又は2である。)
  4. 前記融合タンパク質における前記抗DNP抗体は、
    配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR1、配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR2及び配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR3を含む軽鎖、並びに
    配列番号4に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR1、配列番号5に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR2及び配列番号6に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR3を含む重鎖
    からなる抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
    配列番号1:QEISGY
    配列番号2:AAS
    配列番号3:VQYASYPYT
    配列番号4:GFTFSNYWMNW
    配列番号5:IRLKSNNYAT
    配列番号6:TGYYYDSRYGY
  5. 前記抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントが一本鎖Fv(scFv)である、請求項4に記載の方法。
  6. 前記抗DNP抗体は、配列番号7のアミノ酸を90%以上の相同で有するアミノ酸配列からなり、配列番号1〜6で示されるアミノ酸配列を含む、請求項4又は5に記載の方法。
    配列番号7:
    MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS
  7. 前記アミノ酸配列が配列番号7である、請求項6に記載の方法。
  8. 前記融合タンパク質における前記抗DNP抗体は、配列番号7のアミノ酸を90%以上の相同で有するアミノ酸配列からなり、配列番号1〜6で示されるアミノ酸配列を含み、
    かつ、配列番号1〜6のいずれかで表されるアミノ酸配列において以下の少なくとも1つの置換:
    (a)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
    (b)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
    されたアミノ酸配列からなる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記融合タンパク質における前記抗DNP抗体は、配列番号7のアミノ酸において以下の置換:
    (1)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
    (2)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
    されたアミノ酸配列からなる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  10. 前記融合タンパク質を得ることが、前記融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを得ること、前記融合タンパク質を発現可能なプラスミド若しくはベクターを得ること、細胞内で前記融合タンパク質を発現させること、又は、発現した前記融合タンパク質を単離することを含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 前記リンカーが、T−Yで表され、Yは蛍光性基であるSと結合する結合基を表し、Tは架橋基を表す、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 前記結合基が、アミド基、アルキルアミド基、エステル基、アルキルエステル基、カルボニルアミノ基又はアルキルエーテル基から選択される、請求項11に記載の方法。
  13. Sが、以下の式(II)で表される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
    Figure 2018135598
    は、水素原子を示すか、又はベンゼン環上に存在する1ないし4個の同一又は異なる一価の置換基を示し;
    は、水素原子、一価の置換基又は結合を示し;
    及びRは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6個のアルキル基、ハロゲン原子又は結合を示し;
    及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜6個のアルキル基、アリール基又は結合を示し、但し、Xが酸素原子の場合は存在しない;
    及びRは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6個のアルキル基、ハロゲン原子又は結合を示し;
    Xは、酸素原子又は珪素原子を示し;
    *は、ベンゼン環上の任意の位置における式(I)のLとの結合箇所を表す。)
  14. Sが、以下の式(III)で表される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
    Figure 2018135598
    (式中、R〜R、Xは、式(II)で定義した通りであり;
    及びR10は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6個のアルキル基を示し、
    及びR10は一緒になってR及びR10が結合している窒素原子を含む4〜7員のヘテロシクリルを形成していてもよく、
    又はR10は、或いは、R及びR10の両方は、夫々、R又はRと一緒になって、R又はR10が結合している窒素原子を含む5〜7員のヘテロシクリル又はヘテロアリールを形成していてもよく、環構成員として酸素原子、窒素原子及び硫黄原子からなる群から選択される1〜3個の更なるヘテロ原子を含有していてもよく、更に該ヘテロシクリル又はヘテロアリールは、炭素数1〜6個のアルキル、炭素数2〜6個のアルケニル、又は炭素数2〜6個のアルキニル、炭素数6〜10個のアラルキル基、炭素数6〜10個のアルキル置換アルケニル基で置換されていてもよく;
    11及びR12は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6個のアルキル基を示し、
    11及びR12は一緒になってR11及びR12が結合している窒素原子を含む4〜7員のヘテロシクリルを形成していてもよく、
    11又はR12は、或いは、R11及びR12の両方は、夫々、R又はRと一緒になって、R11又はR12が結合している窒素原子を含む5〜7員のヘテロシクリル又はヘテロアリールを形成していてもよく、環構成員として酸素原子、窒素原子及び硫黄原子からなる群から選択される1〜3個の更なるヘテロ原子を含有していてもよく、更に該ヘテロシクリル又はヘテロアリールは、炭素数1〜6個のアルキル、炭素数2〜6個のアルケニル、又は炭素数2〜6個のアルキニル、炭素数6〜10個のアラルキル基、炭素数6〜10個のアルキル置換アルケニル基で置換されていてもよく;
    *は、ベンゼン環上の任意の位置における式(I)のLとの結合箇所を表す。)
  15. 配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR1、配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR2及び配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるVL−CDR3を含む軽鎖、並びに
    配列番号4に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR1、配列番号5に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR2及び配列番号6に示されるアミノ酸配列からなるVH−CDR3を含む重鎖
    からなる抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメント。
    配列番号1:QEISGY
    配列番号2:AAS
    配列番号3:VQYASYPYT
    配列番号4:GFTFSNYWMNW
    配列番号5:IRLKSNNYAT
    配列番号6:TGYYYDSRYGY
  16. 前記抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメントが一本鎖Fv(scFv)である、請求項15に記載の抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメント。
  17. 配列番号7のアミノ酸を90%以上の相同で有するアミノ酸配列からなり、配列番号1〜6で示されるアミノ酸配列を含む、請求項15又は16に記載の抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメント。
    配列番号7:
    MADYKDIVLTQSPSSLSASLGERVSLTCRSSQEISGYLGWLQQKPDGSIKRLIYAASTLDSGVPKRFSGSRSGSDYSLTISSLESEDFADYYCVQYASYPYTFGGGTKLEMKRGGGGSGGGGSGGGGSGGGGSQIQLQESGGGLVQPGGSMKLSCVASGFTFSNYWMNWVRQSPEKGLDWVAEIRLKSNNYATHYAESVKGRFTISRDDSKSSVYLQMNNLRAEDTGIYYCTGYYYDSRYGYWGQGTTVTVSS
  18. 前記アミノ酸配列が配列番号7である、請求項17に記載の抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメント。
  19. 配列番号7のアミノ酸を90%以上の相同で有するアミノ酸配列からなり、配列番号1〜6で示されるアミノ酸配列を含み、かつ、配列番号1〜6のいずれかで表されるアミノ酸配列において以下の少なくとも1つの置換:
    (a)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
    (b)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
    されたアミノ酸配列からなる、抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメント。
  20. 配列番号7のアミノ酸において以下の置換:
    (1)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
    (2)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
    されたアミノ酸配列からなる、抗DNP抗体又はその抗原結合性フラグメント。
  21. 請求項15〜18のいずれか1項に記載の抗体又はその抗原結合性フラグメントをコードする単離された核酸。
  22. 配列番号8に示される塩基配列からなる、請求項21に記載の核酸。
    配列番号8:
    ATGGCGGACTACAAAGACATTGTGCTGACCCAGTCTCCATCCTCTTTATCTGCCTCTCTGGGAGAAAGAGTCAGTCTCACTTGTCGGTCAAGTCAGGAAATTAGTGGTTACTTAGGCTGGCTTCAGCAGAAACCAGATGGAAGTATTAAACGCCTGATCTACGCCGCATCCACTTTAGATTCTGGTGTCCCAAAAAGGTTCAGTGGCAGTAGGTCTGGGTCAGATTATTCTCTCACCATCAGCAGCCTTGAGTCTGAAGATTTTGCAGACTATTATTGTGTACAATATGCTAGTTATCCGTACACGTTCGGAGGGGGGACCAAGCTGGAAATGAAACGCGGTGGTGGTGGTTCTGGTGGTGGTGGTTCTGGCGGCGGCGGCTCCGGTGGTGGTGGATCCCAGATTCAGCTTCAGGAGTCTGGAGGAGGCTTGGTGCAACCTGGAGGATCCATGAAACTCTCCTGTGTTGCCTCTGGATTCACTTTCAGTAACTACTGGATGAACTGGGTCCGCCAGTCTCCAGAGAAGGGGCTTGACTGGGTTGCTGAAATTAGATTGAAATCTAATAATTATGCAACACATTATGCGGAGTCTGTGAAAGGGAGGTTCACCATCTCAAGAGATGATTCCAAAAGTAGTGTCTACCTGCAAATGAACAACTTAAGAGCTGAAGACACTGGCATTTATTACTGTACCGGTTATTACTACGATAGTAGGTACGGCTACTGGGGCCAAGGCACCACGGTCACCGTCTCCTCGGCCTCG
  23. 請求項20又は21に記載の抗体又はその抗原結合性フラグメントをコードする単離された核酸。
  24. 請求項21〜23のいずれか1項に記載の核酸を含むプラスミド又はベクター。
  25. 前記式(I)で表される化合物又はその塩を含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法に用いる蛍光プローブ。
    Figure 2018135598
    (前記式(I)中、
    Sは、蛍光性基であり、
    Lは、リンカーであり、
    mは、1又は2の整数である。)
  26. in vivoイメージングに用いられる、請求項25に記載の蛍光プローブ。
  27. 以下の式で表される化合物又はその塩。
    Figure 2018135598
    Figure 2018135598
    Figure 2018135598
    Figure 2018135598
    Figure 2018135598
    Figure 2018135598
    Figure 2018135598
    Figure 2018135598
  28. 標識対象タンパク質と抗DNP(ジニトロフェニル化合物)抗体の融合タンパク質を細胞内で得ること、
    下記式(I)で表される化合物又はその塩を前記細胞と接触させること、及び
    前記融合タンパク質と下記式(I)で表される化合物又はその塩とを反応させることにより、前記対象タンパク質を蛍光標識することを含む、
    超解像イメージング法。

    Figure 2018135598
    (前記式(I)中、
    Sは、蛍光性基であり、
    Lは、リンカーであり、
    は、一価の置換基であり、
    mは、0〜2の整数であり、
    nは、0〜2の整数であり、
    mが2の場合は、nは0であり、
    mが1の場合は、nは1又は0であり、
    mが0の場合は、nは2であり、
    nが2の場合は、Rの一価の置換基は同じであっても異なっていてもよい。)
  29. 単一分子位置決定顕微鏡法を用いる、請求項28に記載の超解像イメージング法。
  30. 前記融合タンパク質における前記抗DNP抗体は、配列番号7のアミノ酸を90%以上の相同で有するアミノ酸配列からなり、配列番号1〜6で示されるアミノ酸配列を含み、
    かつ、配列番号1〜6のいずれかで表されるアミノ酸配列において以下の少なくとも1つの置換:
    (a)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
    (b)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
    されたアミノ酸配列からなる、請求項28又は29に記載の超解像イメージング法。
  31. 前記融合タンパク質における前記抗DNP抗体は、配列番号7のアミノ酸において以下の置換:
    (1)N末端からの番号が33位のグルタミン酸、37位のチロシン、94位のバリン、95位のグルタミン、159位のグリシン、160位のフェニルアラニン、162位のフェニルアラニン、164位のアスパラギン、233位のグリシン、235位のチロシン、236位のチロシン、237位のアスパラギン酸、239位のアルギニン、240位のチロシン又は242位のチロシンのいずれか1のアミノ酸がアラニンにより置換;あるいは
    (2)N末端からの番号が96位のチロシン又は234位のチロシンのいずれか1つのアミノ酸がフェニルアラニンにより置換;
    されたアミノ酸配列からなる、請求項28〜30のいずれか1項に記載の超解像イメージング法。
  32. 以下の式(I)で表される化合物又はその塩を含む、請求項28〜31のいずれか1項に記載の超解像イメージング法に用いられる蛍光プローブ。

    Figure 2018135598
    式(I)中、Sは、蛍光性基であり、Lは、リンカーであり、Rは、一価の置換基である。mは、0〜2の整数であり、nは、0〜2の整数であり、mが2の場合は、nは0であり、mが1の場合は、nは1又は0であり、mが0の場合は、nは2であり、nが2の場合は、Rの一価の置換基は同じであっても異なっていてもよい。
  33. の一価の置換基が、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、シアノ基、エステル基、アミド基、アルキルスルホニル基、少なくとも1以上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭素数1〜10のアルキル基、及び少なくとも1以上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭素数1〜10のアルコキシ基からなる群から選択される、請求項31に記載の蛍光プローブ。
  34. 以下の式(Ib)で表される化合物又はその塩を含む、請求項32又は33に記載の超解像イメージング法に用いられる蛍光プローブ。
    Figure 2018135598
    式(Ib)中、Sは、蛍光性基であり、Lは、リンカーであり、R及びRは、以下の組合せから選択される。
    (R、R):(NO、p−NO)、(NO、p−Br)、(NO、p−SOMe)、(NO、p−Cl)、(NO、m−CN)、(NO、p−CN)、(NO、p−COOMe)、(CF、p−CF)、(NO、p−CONHMe)、(NO、m−COOMe)、(NO、H)
    (ここで、p−及びm−は、夫々、Rがベンゼン環上でLに対してパラ位及びメタ位にあることを表す。)
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