KR102089393B1 - Fluorescent probe for detecting NAD(P)H in mitochondria, and method for detecting using the same - Google Patents

Fluorescent probe for detecting NAD(P)H in mitochondria, and method for detecting using the same Download PDF

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KR102089393B1
KR102089393B1 KR1020180168537A KR20180168537A KR102089393B1 KR 102089393 B1 KR102089393 B1 KR 102089393B1 KR 1020180168537 A KR1020180168537 A KR 1020180168537A KR 20180168537 A KR20180168537 A KR 20180168537A KR 102089393 B1 KR102089393 B1 KR 102089393B1
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신동식
주진희
윤다영
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숙명여자대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a fluorescent probe for detecting NAD(P)H in mitochondria and a detecting method using the same. The probe of the present invention shows high selectivity and sensitivity to NAD(P)H, and emits strong red fluorescence in the presence of the NAD(P)H. Thus, the probe shows a predominant accumulation in the mitochondria of living cells, can be used to detect and quantify the NAD(P)H in the mitochondria, can provide a selective image of the mitochondria in real time, and can be useful for revealing biological pathway research and pathological diagnosis. In addition, it can also be used to differentiate cancer cells from normal cells based on the mapping of NAD(P)H dependent fluorescence intensity in the mitochondria.

Description

미토콘드리아 내 NAD(P)H 검출을 위한 형광 프로브 및 이를 이용한 검출방법{Fluorescent probe for detecting NAD(P)H in mitochondria, and method for detecting using the same}Fluorescent probe for detecting NAD (P) H in mitochondria, and method for detecting using the same}

본 발명은 미토콘드리아 내 NAD(P)H 검출을 위한 형광 프로브 및 이를 이용한 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fluorescent probe for detecting NAD (P) H in mitochondria and a detection method using the same.

감소된 니코틴아미드 아데닌 다이뉴클레오타이드(nicotinamide adenine dinucleotide; NADH) 및 이의 인산 에스테르(NADPH)는 모든 살아있는 세포에서 발견되는 필수 생체분자이다. NAD(P)H는 에너지 대사, 면역 기능, 생합성, 세포 사멸 및 노화를 포함한 여러 생물학적 과정의 조효소(coenzyme)로서 중요한 역할을 한다. NAD(P)H의 비정상적인 수치는 신생물(neoplasia), 암, 허혈(ischemia), 당뇨 등과 관련되어 있다. 특히, 미토콘드리아에 위치한 NAD(P)H는 미토콘드리아 호흡 연쇄에 의한 ATP 생산 뿐만 아니라 미토콘드리아 항산화 방어의 유지 및 미토콘드리아 막 전위 조절에 필수적이다. 미토콘드리아 내 NAD(P)H의 비정상적인 수치는 미토콘드리아 기능 장애, 활성 산소종(ROS)의 생성, DNA 손상 등을 유발하며, 뇌졸중, 알츠하이머 병 및 파킨슨 병 등에 관여하고, 최근 미토콘드리아 내 NAD(P)H는 다양한 암에서 과발현되는 것으로 보고된 바 있다.Reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and its phosphate ester (NADPH) are essential biomolecules found in all living cells. NAD (P) H plays an important role as a coenzyme of several biological processes, including energy metabolism, immune function, biosynthesis, cell death and aging. Abnormal levels of NAD (P) H are associated with neoplasia, cancer, ischemia and diabetes. In particular, NAD (P) H located in the mitochondria is essential for ATP production by the mitochondrial respiratory chain, as well as maintenance of mitochondrial antioxidant defense and regulation of mitochondrial membrane potential. Abnormal levels of NAD (P) H in mitochondria cause mitochondrial dysfunction, generation of free radicals (ROS), DNA damage, and are involved in stroke, Alzheimer's disease and Parkinson's disease, and recently NAD (P) H in mitochondria Has been reported to be overexpressed in various cancers.

현재까지 in vitro에서 NAD(P)H를 검출하기 위해, 고성능 액체 크로마토그래피(high-performance liquid chromatography; HPLC), 효소 순환 분석(enzymatic cycling assay), 모세관 전기영동(capillary electrophoresis)과 같은 몇 가지 방법이 사용되었다. 또한, NAD(P)H는 인체 유래 검체(biospecimens)의 정량화 및 영상화에 사용되어 왔다. NAD(P)H는 340 nm 정도의 빛을 흡수하고 450 nm 정도에서 형광 신호를 나타내는 것으로 알려져 있다. 그러나, 양자 수율(quantum yield)이 상대적으로 낮고(ФF = 0.019), 짧은 여기 및 방출 파장은 다른 생체분자의 자가 형광에 의해 쉽게 간섭된다. 최근, 인간 세포에서 NAD(P)H의 선택적 검출을 위해 일부 형광 Off-On 프로브가 개발되었다. 그러나 이러한 프로브는 비특이적인 방식으로 작동하고 미토콘드리아 특이적 분석에 활용이 불가능 하다. 따라서, 긴 여기 및 방출 파장과 높은 양자 효율로 실시간 NAD(P)H를 검출할 수 있는 새로운 형광 프로브의 개발이 필요한 실정이다. To date, to detect NAD (P) H in vitro, several methods such as high-performance liquid chromatography (HPLC), enzymatic cycling assay, and capillary electrophoresis Was used. In addition, NAD (P) H has been used for quantification and imaging of human-derived biospecimens. It is known that NAD (P) H absorbs light of about 340 nm and exhibits a fluorescence signal at about 450 nm. However, the quantum yield is relatively low (Ф F = 0.019), and the short excitation and emission wavelengths are easily interfered by autofluorescence of other biomolecules. Recently, some fluorescent off-on probes have been developed for the selective detection of NAD (P) H in human cells. However, these probes operate in a non-specific manner and cannot be used for mitochondrial specific analysis. Therefore, there is a need to develop a new fluorescent probe capable of detecting real-time NAD (P) H with long excitation and emission wavelengths and high quantum efficiency.

대한민국 공개특허 제10-2017-005658호 (2017.01.16 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-005658 (2017.01.16 published)

본 발명의 목적은 신규 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 제공하는 데에 있다.It is an object of the present invention to provide novel compounds or pharmaceutically acceptable salts thereof.

본 발명의 다른 목적은 미토콘드리아 내 NAD(P)H 검출용 조성물, NAD(P)H 검출용 형광 화학 센서, 또는 NAD(P)H 검출용 키트를 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention is to provide a composition for detecting NAD (P) H in a mitochondria, a fluorescent chemical sensor for detecting NAD (P) H, or a kit for detecting NAD (P) H.

본 발명의 또 다른 목적은 암세포 검출용 조성물 또는 암세포 검출용 키트를 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention is to provide a composition for detecting cancer cells or a kit for detecting cancer cells.

본 발명의 또 다른 목적은 미토콘드리아 내 NAD(P)H의 검출방법을 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for detecting NAD (P) H in mitochondria.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a compound represented by Formula 1 below or a pharmaceutically acceptable salt thereof.

또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 유효성분으로 포함하는 미토콘드리아 내 NAD(P)H 검출용 조성물, NAD(P)H 검출용 형광 화학 센서, 또는 NAD(P)H 검출용 키트를 제공한다.In addition, the present invention is a composition for detecting NAD (P) H in a mitochondrial, a fluorescence chemical sensor for detecting NAD (P) H, or NAD comprising a compound represented by Formula 1 or a pharmaceutically acceptable salt thereof as an active ingredient A kit for detecting (P) H is provided.

또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 유효성분으로 포함하는 암세포 검출용 조성물 또는 암세포 검출용 키트를 제공한다.In addition, the present invention provides a composition for detecting cancer cells or a kit for detecting cancer cells comprising the compound represented by Formula 1 or a pharmaceutically acceptable salt thereof as an active ingredient.

또한, 본 발명은 (a) 제 1항에 따른 화학식 1의 화합물 또는 약학적으로 허용가능한 염을 세포에 처리하여 반응시키는 단계; 및 (b) 상기 반응시킨 반응물의 형광 파장, 형광 세기 및 광학적 변화로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 지표를 측정하는 단계;를 포함하는 미토콘드리아 내 NAD(P)H의 검출방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (a) treating the compound of formula 1 according to claim 1 or a pharmaceutically acceptable salt by treating the cells; And (b) measuring any one or more indicators selected from the group consisting of the fluorescence wavelength, fluorescence intensity, and optical change of the reactants reacted to provide a method for detecting NAD (P) H in mitochondria.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018129835988-pat00001
Figure 112018129835988-pat00001

상기 식에서, X는 미토콘드리아 표적 모이어티(moiety)임.In the above formula, X is a mitochondrial target moiety.

본 발명의 프로브는 NAD(P)H에 높은 선택성 및 민감성을 나타내며, NAD(P)H 존재 하에 강한 적색 형광을 방출한다. 이에, 상기 프로브는 살아있는 세포의 미토콘드리아 내 우세한 축적을 나타내고, 미토콘드리아 내 NAD(P)H를 검출하고 정량하는데 사용될 수 있으며, 미토콘드리아의 선택적인 이미지를 실시간 제공할 수 있는 바, 생물학적 경로 연구 및 병리학적 진단 등을 밝히는데 유용하게 활용될 수 있다. 또한, 미토콘드리아 내 NAD(P)H 의존성 형광 강도의 매핑에 기초하여 암세포와 정상 세포를 구별하는 데 사용될 수 있다.The probe of the present invention shows high selectivity and sensitivity to NAD (P) H and emits strong red fluorescence in the presence of NAD (P) H. Thus, the probe shows a predominant accumulation in the mitochondria of living cells, and can be used to detect and quantify NAD (P) H in the mitochondria, and can provide a selective image of the mitochondria in real time, biological pathway research and pathology It can be useful for revealing diagnosis, etc. It can also be used to differentiate cancer cells from normal cells based on the mapping of NAD (P) H dependent fluorescence intensity in mitochondria.

도 1은 본 발명의 프로브 1을 이용한 NAD(P)H 검출 메커니즘을 나타낸 것이다.
도 2는 프로브 1 및 2의 합성을 반응식으로 나타낸 것이다.
도 3은 (a) NADH(2 mM)의 부재 및 존재 하에서 프로브 1(10 μM)의 흡수 및 (b) 형광 스펙트럼, (c) NADH(2 mM) 첨가 시, 프로브 1(10 μM)에 대한 시간 의존적 형광 증가, (d) NADH(0-3 mM)의 농도 증가에 따른 프로브 1(10 μM)의 형광 스펙트럼을 확인한 것이다.
도 4는 다양한 생물학적 관련 금속, 음이온, 활성 산소종, 티올, NADPH, NADH 및 기타 생체분자 존재 하에 프로브 1(10 μM)에 대한 상대적인 형광 강도를 확인한 것이다(1: 프로브 1, 2: K+, 3: Na+, 4: Cu+, 5: Cu2+, 6: Ca2+, 7: Co2+, 8: Mg2+, 9: Zn2+, 10: Fe2+, 11: Fe3+, 12: Cl-, 13: CN-, 14: H2PO4 -, 15: OAc-, 16: OH-, 17: ClO-, 18: H2O2, 19: HOOtBu, 20: ·O2 - , 21: ·OH-, 22: ·OtBu, 23: Cys, 24: GSH, 25: Hcy, 26: H2S, 27: FADH2, 28: ATP, 29: ADP, 30: 포도당, 31: NAD+, 32: NADPH, 33: NADH).
도 5는 MDA-MB-231 세포에서 프로브 1의 세포 독성 여부를 확인한 것이다.
도 6은 (a) 살아있는 MDA-MB-231 세포에서 프로브 1 및 organelle tracker의 동시 염색, (b) 프로브 1과 organelle tracker간의 공존화 정도를 확인한 것이다.
도 7은 포도당 또는 FCCP 처리된 MDA-MB-231 세포의 공초점 현미경 이미지에 관한 것으로, (a) 프로브 1(5 μM) 단독, (b) 포도당(20 mM)를 첨가 후, 프로브 1(5 μM) 첨가, (c) FCCP(5 μM) 첨가 후, 프로브 1(5 μM) 첨가, (d) 세포에서 프로브 1의 형광 강도를 확인한 것이다.
도 8은 NIH-3T3 및 MDA-MB-231 세포의 공배양에서 공초점 현미경 이미지에 관한 것으로, (a) NIH-3T3 세포에 Calcein AM(2 μM)을 첨가 후, MDA-MB-231 세포와 배양한 후, 프로브 1(5 μM) 첨가, (b, c) 살아있는 MDA-MB-231 및 NIH-3T3 세포에서 프로브 1의 형광 강도를 나타낸 것이다.
1 shows a NAD (P) H detection mechanism using probe 1 of the present invention.
Figure 2 shows the synthesis of probes 1 and 2 in a scheme.
FIG. 3 shows (a) absorption of probe 1 (10 μM) in the absence and presence of NADH (2 mM) and (b) fluorescence spectrum, (c) for probe 1 (10 μM) when NADH (2 mM) is added. The fluorescence spectrum of probe 1 (10 μM) was confirmed according to the increase in time-dependent fluorescence and (d) NADH (0-3 mM) concentration.
Figure 4 confirms the relative fluorescence intensity for probe 1 (10 μM) in the presence of various biologically relevant metals, anions, reactive oxygen species, thiols, NADPH, NADH and other biomolecules (1: probe 1, 2: K + , 3: Na + , 4: Cu + , 5: Cu 2+ , 6: Ca 2+ , 7: Co 2+ , 8: Mg 2+ , 9: Zn 2+ , 10: Fe 2+ , 11: Fe 3 +, 12: Cl -, 13 : CN -, 14: H 2 PO 4 -, 15: OAc -, 16: OH -, 17: ClO -, 18: H 2 O 2, 19: HOO t Bu, 20: · O 2 -, 21: · OH -, 22: · O t Bu, 23: Cys, 24: GSH, 25: Hcy, 26: H 2 S, 27: FADH 2, 28: ATP, 29: ADP, 30 : Glucose, 31: NAD + , 32: NADPH, 33: NADH).
Figure 5 confirms whether the cytotoxicity of probe 1 in MDA-MB-231 cells.
FIG. 6 shows the (a) simultaneous staining of probe 1 and organelle tracker in living MDA-MB-231 cells, and (b) confirmation of the degree of coexistence between probe 1 and organelle tracker.
Figure 7 relates to confocal microscopy images of glucose or FCCP-treated MDA-MB-231 cells, (a) probe 1 (5 μM) alone, (b) glucose (20 mM), and then probe 1 (5 μM) addition, (c) FCCP (5 μM) addition, probe 1 (5 μM) addition, and (d) fluorescence intensity of probe 1 in cells was confirmed.
Figure 8 relates to confocal microscopy images in the co-culture of NIH-3T3 and MDA-MB-231 cells, (a) after adding Calcein AM (2 μM) to NIH-3T3 cells, with MDA-MB-231 cells After incubation, probe 1 (5 μM) was added, and (b, c) shows the fluorescence intensity of probe 1 in living MDA-MB-231 and NIH-3T3 cells.

본 발명의 발명자들은 본 발명에서 개발한 프로브가 비형광이나 NAD(P)H 존재 하에 환원되어 강한 적색 형광을 나타내는 바, 살아있는 세포의 미토콘드리아 내 NAD(P)H를 정량하는데 활용될 수 있으며, 특히 실시간 정량분석이 가능함을 확인하며 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention can be utilized to quantify NAD (P) H in the mitochondria of living cells as the probe developed in the present invention is reduced in the presence of non-fluorescence or NAD (P) H to show strong red fluorescence. The present invention was completed while confirming that real-time quantitative analysis is possible.

이에, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a compound represented by Formula 1 below, or a pharmaceutically acceptable salt thereof.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018129835988-pat00002
Figure 112018129835988-pat00002

상기 식에서, X는 미토콘드리아 표적 모이어티(moiety)임.In the above formula, X is a mitochondrial target moiety.

상기 미토콘드리아 표적 모이어티는 트리페닐포스포늄 양이온(triphenylphosphonium cation), 로다민(rhodamine) 및 헤미사이아닌(hemicyanine)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.The mitochondrial target moiety may be selected from the group consisting of triphenylphosphonium cation, rhodamine and hemicyanine, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염은 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.Preferably, the compound or a pharmaceutically acceptable salt thereof may be represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112018129835988-pat00003
Figure 112018129835988-pat00003

또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 유효성분으로 포함하는 미토콘드리아 내 NAD(P)H 검출용 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a composition for detecting NAD (P) H in mitochondria comprising the compound represented by Formula 1 or a pharmaceutically acceptable salt thereof as an active ingredient.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018129835988-pat00004
Figure 112018129835988-pat00004

상기 식에서, X는 미토콘드리아 표적 모이어티(moiety)임.In the above formula, X is a mitochondrial target moiety.

상기 미토콘드리아 표적 모이어티는 트리페닐포스포늄 양이온(triphenylphosphonium cation), 로다민(rhodamine) 및 헤미사이아닌(hemicyanine)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.The mitochondrial target moiety may be selected from the group consisting of triphenylphosphonium cation, rhodamine and hemicyanine, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 유효성분으로 포함하는 미토콘드리아 내 NAD(P)H 검출용 형광 화학 센서를 제공한다.In addition, the present invention provides a fluorescence chemical sensor for detecting NAD (P) H in mitochondria comprising the compound represented by the following Chemical Formula 1 or a pharmaceutically acceptable salt thereof as an active ingredient.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018129835988-pat00005
Figure 112018129835988-pat00005

상기 식에서, X는 미토콘드리아 표적 모이어티(moiety)임.In the above formula, X is a mitochondrial target moiety.

상기 미토콘드리아 표적 모이어티는 트리페닐포스포늄 양이온(triphenylphosphonium cation), 로다민(rhodamine) 및 헤미사이아닌(hemicyanine)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.The mitochondrial target moiety may be selected from the group consisting of triphenylphosphonium cation, rhodamine and hemicyanine, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 유효성분으로 포함하는 미토콘드리아 내 NAD(P)H 검출용 키트를 제공한다.In addition, the present invention provides a kit for detecting NAD (P) H in mitochondria comprising the compound represented by Formula 1 or a pharmaceutically acceptable salt thereof as an active ingredient.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018129835988-pat00006
Figure 112018129835988-pat00006

상기 식에서, X는 미토콘드리아 표적 모이어티(moiety)임.In the above formula, X is a mitochondrial target moiety.

상기 미토콘드리아 표적 모이어티는 트리페닐포스포늄 양이온(triphenylphosphonium cation), 로다민(rhodamine) 및 헤미사이아닌(hemicyanine)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.The mitochondrial target moiety may be selected from the group consisting of triphenylphosphonium cation, rhodamine and hemicyanine, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 유효성분으로 포함하는 암세포 검출용 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a composition for detecting cancer cells comprising the compound represented by Formula 1 or a pharmaceutically acceptable salt thereof as an active ingredient.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018129835988-pat00007
Figure 112018129835988-pat00007

상기 식에서, X는 미토콘드리아 표적 모이어티(moiety)임.In the above formula, X is a mitochondrial target moiety.

상기 미토콘드리아 표적 모이어티는 트리페닐포스포늄 양이온(triphenylphosphonium cation), 로다민(rhodamine) 및 헤미사이아닌(hemicyanine)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.The mitochondrial target moiety may be selected from the group consisting of triphenylphosphonium cation, rhodamine and hemicyanine, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 유효성분으로 포함하는 암세포 검출용 키트를 제공한다.In addition, the present invention provides a cancer cell detection kit comprising a compound represented by the following formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof as an active ingredient.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018129835988-pat00008
Figure 112018129835988-pat00008

상기 식에서, X는 미토콘드리아 표적 모이어티(moiety)임.In the above formula, X is a mitochondrial target moiety.

상기 미토콘드리아 표적 모이어티는 트리페닐포스포늄 양이온(triphenylphosphonium cation), 로다민(rhodamine) 및 헤미사이아닌(hemicyanine)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.The mitochondrial target moiety may be selected from the group consisting of triphenylphosphonium cation, rhodamine and hemicyanine, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 (a) 제 1항에 따른 화학식 1의 화합물 또는 약학적으로 허용가능한 염을 세포에 처리하여 반응시키는 단계; 및 (b) 상기 반응시킨 반응물의 형광 파장, 형광 세기 및 광학적 변화로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 지표를 측정하는 단계;를 포함하는 미토콘드리아 내 NAD(P)H의 검출방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (a) treating the compound of formula 1 according to claim 1 or a pharmaceutically acceptable salt by treating the cells; And (b) measuring any one or more indicators selected from the group consisting of the fluorescence wavelength, fluorescence intensity, and optical change of the reactants reacted to provide a method for detecting NAD (P) H in mitochondria.

상기 지표는 UV-Vis(Ultraviolet-visible) 분광 광도계, 형광 광도계, 전자분무 이온화 질량 분광법 및 공초점 현미경으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 방법을 이용하여 측정할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.The indicator may be measured by using any one or more methods selected from the group consisting of UV-Vis (Ultraviolet-visible) spectrophotometer, fluorescence photometer, electrospray ionization mass spectrometry, and confocal microscopy, but is not limited thereto. State.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only intended to illustrate the present invention more specifically, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

실시예 1: 합성 물질 및 방법Example 1: Synthetic materials and methods

모든 시약은 Alfa(Alfa, Heysham, LA3 2XY, United Kingdom), Aldrich(Aldrich, St. Louis, MO, USA) 및 TCI(TCI, Tokyo, Japan)에서 구입하였으며, 추가 정제 없이 사용하였다. 모든 용매는 분석용 또는 HPLC용을 사용하였다. HR-ESI-MS 데이터는 한국 기초과학연구원(서울)에서 액체 크로마토그래피 질량 분석기(LC/MS)를 사용하여 획득하였다. NMR 스펙트럼 데이터는 Bruker(500 MHz) 기기를 사용하여 획득하였다.All reagents were purchased from Alfa (Alfa, Heysham, LA3 2XY, United Kingdom), Aldrich (Aldrich, St. Louis, MO, USA) and TCI (TCI, Tokyo, Japan) and used without further purification. All solvents were used for analytical or HPLC. HR-ESI-MS data were obtained using a liquid chromatography mass spectrometer (LC / MS) from the Korea Basic Science Institute (Seoul). NMR spectrum data was obtained using a Bruker (500 MHz) instrument.

실시예 2: UV/Vis 흡수 및 형광 분광학 분석Example 2: UV / Vis absorption and fluorescence spectroscopy analysis

분광학 실험에 사용된 용매는 형광 불순물이 없는 HPLC 등급을 사용하였으며, 물은 탈이온수를 사용하였다. PIPES 버퍼(pH7.4)는 25 mM의 피페라진-N,N'-비스(2-에탄술폰산)(piperazine-N,N'-bis(2-ethanesulfonic acid; PIPES) 및 100 mM NaCl을 탈이온수에서 용해하여 제조하였다. 합성 프로브의 저장 용액은 디메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide; DMSO)를 사용하여 제조하였다. 프로브의 모든 스펙트럼은 2%(v/v) DMSO가 첨가된 PIPES 버퍼(25 mM, pH 7.4)를 사용하여 기록하였다. 흡수 및 형광 분광학 데이터는 분광 광도계(UV-2600, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 사용하여 획득하였다. 570 nm의 여기 파장 및 5 nm의 여기/방출 슬릿 폭으로 측정하였다.As the solvent used in the spectroscopy experiment, HPLC grade without fluorescent impurities was used, and deionized water was used for water. The PIPES buffer (pH7.4) deionized 25 mM piperazine-N, N'-bis (2-ethanesulfonic acid) (PIPES) and 100 mM NaCl. The stock solution of the synthetic probe was prepared using dimethyl sulfoxide (DMSO) All spectra of the probe were PIPES buffer (25 mM, pH) with 2% (v / v) DMSO added 7.4) Absorption and fluorescence spectroscopy data were obtained using a spectrophotometer (UV-2600, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan), measured with an excitation wavelength of 570 nm and an excitation / emission slit width of 5 nm. Did.

실시예 3: 세포 배양 및 세포 독성 분석 Example 3: Cell culture and cytotoxicity analysis

세포 배양을 위해, DMEM 배지, 인산완충식염수(phosphated buffered saline; PBS), 우태아혈청(fetal bovine serum; FBS), 트립신 0.25%-EDTA가 첨가된 HBSS(Hank's balanced salt solution) 및 페니실린/스트렙토마이신을 사용하였다. MitoTracker Green FM(Mitochondria-Tracker) 및 ER-Tracker Green dye(endoplasmic reticulum(ER)-Tracker) 및 LysoTracker Green DND-26(Lysosome-Tracker)은 Invitrogen(Carlsbad, CA)에서 구입하였다. MTT는 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO)에서 구입하여 추가 정제 없이 사용하였다. UV-Vis 흡광도는 Spectra Max i3x 마이크로 플레이트 판독기(Molecular devices, San Jose, CA)를 사용하여 수행하였다. 형광 이미지는 Zeiss LSM-700을 사용하여 획득하였다. 적색(프로브 1) 및 녹색(추적자) 형광은 각각 488 nm 및 555 nm에서의 여기 및 300-578 nm 및 568-800 nm에서의 대역(band-path) 방출 필터를 사용하여 획득하였다.For cell culture, DMEM medium, phosphate buffered saline (PBS), fetal bovine serum (FBS), HBSS (Hank's balanced salt solution) added with trypsin 0.25% -EDTA and penicillin / streptomycin Was used. MitoTracker Green FM (Mitochondria-Tracker) and ER-Tracker Green dye (endoplasmic reticulum (ER) -Tracker) and LysoTracker Green DND-26 (Lysosome-Tracker) were purchased from Invitrogen (Carlsbad, CA). MTT was purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) and used without further purification. UV-Vis absorbance was performed using a Spectra Max i3x microplate reader (Molecular devices, San Jose, CA). Fluorescence images were obtained using a Zeiss LSM-700. Red (probe 1) and green (tracer) fluorescence were obtained using excitation at 488 nm and 555 nm and band-path emission filters at 300-578 nm and 568-800 nm, respectively.

실시예 4: in vitro 형광 현미경 분석 Example 4: In vitro fluorescence microscopy analysis

유방 선암 세포주(MDA-MB-231)는 10% 우태아혈청, 1% 페니실린/스트렙토마이신이 첨가된 고 글루코즈 DMEM 배지를 사용하여 37℃, 5% CO2 배양기에서 배양하였으며, 2일마다 신선한 배지로 교체하였다. 세포가 80-90% 자라면 배지를 제거하고, PBS로 세척한 후, PBS를 제거하고 1.5 mL의 트립신 0.25%-EDTA를 첨가한 다음 37℃, 5% CO2 배양기에서 3분간 배양하였다. 플라스크로부터 세포를 분리한 후, 1 mL의 배지를 플라스크에 첨가하고 혼합하였다. 이후, 세포 현탁액을 1000 rpm에서 3분간 원심분리하여 상등액을 제거하고, 세포 펠렛에 3 mL의 새로운 배지를 첨가하여 펠렛을 재현탁하였다. MDA-MB-231 세포는 105 세포/mL의 농도로 35 mm 공초점 디쉬의 커버슬립에서 24시간 동안 배양(37℃, 5% CO2)한 다음, 세포를 PBS로 세척하고, 5 μM의 프로브 1(1 mM 저장 용액)을 세포에 첨가하였다. 세포의 형광 이미지는 공초점 현미경을 사용하여 2시간 동안 10분마다 획득하였다.The breast adenocarcinoma cell line (MDA-MB-231) was cultured in a 37%, 5% CO 2 incubator using high glucose DMEM medium with 10% fetal calf serum and 1% penicillin / streptomycin added, and fresh medium every 2 days. Was replaced with. When the cells grew to 80-90%, the medium was removed, washed with PBS, PBS was removed, and 1.5 mL of trypsin 0.25% -EDTA was added, followed by incubation for 3 minutes in a 37 ° C, 5% CO 2 incubator. After separating the cells from the flask, 1 mL of medium was added to the flask and mixed. Thereafter, the cell suspension was centrifuged at 1000 rpm for 3 minutes to remove the supernatant, and the pellet was resuspended by adding 3 mL of fresh medium to the cell pellet. MDA-MB-231 cells were cultured for 24 hours in a coverslip of a 35 mm confocal dish at a concentration of 10 5 cells / mL (37 ° C., 5% CO 2 ), and then the cells were washed with PBS and 5 μM. Probe 1 (1 mM stock solution) was added to the cells. Fluorescence images of the cells were acquired every 10 minutes for 2 hours using a confocal microscope.

실시예 5: 세포 독성 분석 Example 5: Cytotoxicity analysis

MDA-MB-231 세포를 96 웰 플레이트에 1 X 104 세포/웰 농도로 분주하고, 24시간 동안 배양하여 세포가 플레이트 바닥에 부착되도록 하였다. 이후, 배지를 제거하고, 프로브 1을 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30 μM의 농도로 세포에 첨가하였으며, 대조군에는 배지만을 첨가하였다. 6시간 배양 후, 프로브 1을 제거하고, PBS로 세척하였다. 이어서 MTT 시약(0.5 mg/mL)을 각 웰에 첨가하고 3시간 동안 추가 배양하였다. 3시간 후, MTT 시약을 제거하고 DMSO(100 ㎕/웰)를 각 웰에 첨가한 다음 플레이트를 부드럽게 흔들어주며 포르마잔 결정을 30분 동안 용해시켰다. 흡광도는 Spectra Max i3x 마이크로 플레이트 판독기를 사용하여 550 nm에서 판독하였다.MDA-MB-231 cells were dispensed into a 96 well plate at a concentration of 1 X 10 4 cells / well and incubated for 24 hours to allow the cells to adhere to the bottom of the plate. Thereafter, the medium was removed, and probe 1 was added to the cells at concentrations of 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30 μM, and only the medium was added to the control group. After incubation for 6 hours, probe 1 was removed and washed with PBS. Then MTT reagent (0.5 mg / mL) was added to each well and further incubated for 3 hours. After 3 hours, the MTT reagent was removed and DMSO (100 μl / well) was added to each well, then the plate was gently shaken and the formazan crystals were dissolved for 30 minutes. Absorbance was read at 550 nm using a Spectra Max i3x microplate reader.

실시예 6: 공초점 현미경 이미지 분석Example 6: Confocal microscopy image analysis

MDA-MB-231 세포를 표면 처리 없이 공초점 디쉬의 유리 커버슬립에 분주하고 24시간 동안 부착시켰다. 이후, 배지를 제거하고 PBS로 세척한 후, 프로브 1로 염색하기 전, organelle tracker인 MitoTracker® Green FM(Mitochondria, 100 nM), ER-Tracker™ Green dye(ER, 100nM) 및 LysoTracker® Green DND-26(Lysosome, 100 nM)을 처리하여 30분간 염색하였다. 세포를 organelle tracker 중 하나로 염색한 후, 순차적으로 프로브 1을 처리하여 90분간 염색하였다. 공초점 현미경을 이용하여 10분마다 형광 이미지를 획득하였다. MDA-MB-231 cells were dispensed onto the glass cover slip of the confocal dish without surface treatment and attached for 24 hours. Then, after removing the medium and washing with PBS, before staining with probe 1, the organelle tracker MitoTracker® Green FM (Mitochondria, 100 nM), ER-Tracker ™ Green dye (ER, 100nM) and LysoTracker® Green DND- 26 (Lysosome, 100 nM) was treated and stained for 30 minutes. Cells were stained with one of the organelle trackers, and subsequently probe 1 was stained for 90 minutes. Fluorescence images were acquired every 10 minutes using a confocal microscope.

MDA-MB-231 세포와 혼합하기 전, NIH-3T3 세포를 Calcein AM으로 염색하고, 세포의 혼합물을 공초점 디쉬의 유리 커버슬립에서 24시간 동안 공동 배양하였다. 혼합된 세포를 프로브 1로 2시간 동안 염색하고, 공초점 형광 현미경(Zeiss LSM-700, Axio Observer)으로 시각화 하였으며, 형광 이미지는 Plan-Apochromat 63X/1.40 오일 침지 렌즈를 사용하여 획득하였다. Mito-Tracker Green FM, ER-Tracker Green dye, Lyso-Tracker Green DND-26은 488 nm에서 여기되었고, 방출 형광은 대역 방출 필터를 사용하여 300-578 nm에서 획득하였다. 이미지 분석은 ZEN 소프트웨어와 Image J 소프트웨어를 사용하여 수행하였다.Prior to mixing with MDA-MB-231 cells, NIH-3T3 cells were stained with Calcein AM and the mixture of cells was co-cultured for 24 hours on a glass cover slip of a confocal dish. The mixed cells were stained with probe 1 for 2 hours, visualized with a confocal fluorescence microscope (Zeiss LSM-700, Axio Observer), and the fluorescence image was obtained using a Plan-Apochromat 63X / 1.40 oil immersion lens. Mito-Tracker Green FM, ER-Tracker Green dye, and Lyso-Tracker Green DND-26 were excited at 488 nm, and emission fluorescence was obtained at 300-578 nm using a band emission filter. Image analysis was performed using ZEN software and Image J software.

실시예 7: 프로브 1의 합성Example 7: Synthesis of Probe 1

CH3CN(10 mL)에 용해된 (3-브로모프로필)트리페닐포스포늄 브로마이드(1.68 g, 3.61 mmol) 및 NaI(544 mg, 3.62 mmol) 혼합물에 전구체 3(1.00 g, 3.63 mmol)을 첨가하였다. 생성된 반응 혼합물을 밤새도록 교반하고 환류시켰다. 실온으로 냉각시킨 후, 용매를 증발시키고, CH2Cl2(3 X 100 mL) 및 염수(100 mL)를 첨가하여 CH2Cl2 층을 획득하였다. CH2Cl2 층을 Na2SO4 상에서 건조시킨 후, 여과 및 농축하였으며, CH2Cl2/MeOH/에틸 아세테이트(v/v/v, 8:1:1)를 용리액으로 사용하여 실리카 겔 크로마토그래피로 정제하여 갈색 고체(1) (270 mg, 13%)을 수득하였다.Precursor 3 (1.00 g, 3.63 mmol) was added to a mixture of (3-bromopropyl) triphenylphosphonium bromide (1.68 g, 3.61 mmol) and NaI (544 mg, 3.62 mmol) dissolved in CH 3 CN (10 mL). Was added. The resulting reaction mixture was stirred overnight and refluxed. After cooling to room temperature, the solvent was evaporated and CH 2 Cl 2 (3 X 100 mL) and brine (100 mL) were added to obtain a CH 2 Cl 2 layer. The CH 2 Cl 2 layer was dried over Na 2 SO 4 , filtered and concentrated, and silica gel chromatography using CH 2 Cl 2 / MeOH / ethyl acetate (v / v / v, 8: 1: 1) as eluent. Purification by chromatography gave a brown solid (1) (270 mg, 13%).

1H NMR (DMSO-d 6 , 500 MHz): δ 1.09 (s, 6H), 2.48 - 2.56 (m, 2H), 2.62 (s, 2H), 2.67 (s, 2H), 3.78 - 3.84 (m, 2H), 5.04 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 7.05 (s, 1H), 7.37 (d, J = 16 Hz, 1H), 7.64 (d, J = 16.5 Hz, 1H), 7.74 - 7.78 (m, 5H), 7.86 - 7.90 (m, 10H), 8.06 - 8.09 (m, 1H), 8.78 (d, J = 8 Hz, 1H), 9.02 (d, J = 6 Hz, 1H), 9.60 (s, 1H) ppm. 13C NMR (DMSO-d 6 , 125 MHz): δ 18.2, 18.6, 24.0, 28.0, 32.3, 38.6, 42.7, 55.6, 60.7, 79.6, 113.1, 113.9, 118.0, 118.7, 125.9, 130.0, 130.93, 134.2, 135.6, 136.8, 143.1, 144.1, 154.1, 170.4 ppm. HR-ESI-MS m/z [M]2+ calc. 289.63962, obs. 289.64233. 1 H NMR (DMSO- d 6 , 500 MHz): δ 1.09 (s, 6H), 2.48-2.56 (m, 2H), 2.62 (s, 2H), 2.67 (s, 2H), 3.78-3.84 (m, 2H), 5.04 (t, J = 7.5 Hz, 2H) , 7.05 (s, 1H), 7.37 (d, J = 16 Hz, 1H), 7.64 (d, J = 16.5 Hz, 1H), 7.74-7.78 (m, 5H), 7.86-7.90 (m, 10H), 8.06-8.09 (m, 1H), 8.78 (d, J = 8 Hz, 1H), 9.02 (d, J = 6 Hz, 1H), 9.60 (s, 1H) ppm. 13 C NMR (DMSO- d 6 , 125 MHz): δ 18.2, 18.6, 24.0, 28.0, 32.3, 38.6, 42.7, 55.6, 60.7, 79.6, 113.1, 113.9, 118.0, 118.7, 125.9, 130.0, 130.93, 134.2, 135.6, 136.8, 143.1, 144.1, 154.1, 170.4 ppm. HR-ESI-MS m / z [M] 2+ calc. 289.63962, obs. 289.64233.

실시예 8: 프로브 2의 합성 Example 8: Synthesis of probe 2

CH2Cl2(25 mL)에 용해된 전구체 3(270 mg, 0.98 mmol)의 용액에 메틸 트리플루오로메탄설포네이트(0.55 mL, 4.89 mmol)를 첨가하였다. 생성된 반응 혼합물을 실온에서 3시간 동안 교반하였다. 이후, 황색 침전물을 여과하고, CH2Cl2 및 디에틸 에테르로 세척한 다음, 진공 하에 건조시켜 담황색 고체(2)(182 mg, 63%)를 수득하였다.To a solution of precursor 3 (270 mg, 0.98 mmol) dissolved in CH 2 Cl 2 (25 mL) was added methyl trifluoromethanesulfonate (0.55 mL, 4.89 mmol). The resulting reaction mixture was stirred at room temperature for 3 hours. Thereafter, the yellow precipitate was filtered, washed with CH 2 Cl 2 and diethyl ether, and then dried under vacuum to give a pale yellow solid (2) (182 mg, 63%).

1H NMR (DMSO-d 6 , 500 MHz): δ 1.04 (s, 6H), 2.55 (s, 2H), 2.68 (s, 2H), 4.35 (s, 3H), 6.97 (s, 1H), 7.36 (d, J = 16.5 Hz, 1H), 7.71 (d, J = 16 Hz, 1H), 8.14 - 8.17 (m, 1H), 8.75 (d, J = 8 Hz, 1H), 8.89 (d, J = 6 Hz, 1H), 9.29 (s, 1H) ppm. 13C NMR (DMSO-d 6 , 125 MHz): δ 27.9, 32.2, 38.4, 42.6, 48.6, 79.8, 113.1, 113.8, 119.9, 122.4, 126.0, 128.1, 129.9, 135.8, 136.4, 142.4, 144.9, 153.9, 170.3 ppm. HR-ESI-MS m/z [M]+ calc. 290.16517, obs. 290.156801H NMR (DMSO-d 6 , 500 MHz): δ 1.04 (s, 6H), 2.55 (s, 2H), 2.68 (s, 2H), 4.35 (s, 3H), 6.97 (s, 1H), 7.36 (d, J = 16.5 Hz, 1H), 7.71 (d, J = 16 Hz, 1H), 8.14 - 8.17 (m, 1H), 8.75 (d, J = 8 Hz, 1H), 8.89 (d, J = 6 Hz, 1H), 9.29 (s, 1H) ppm. 13C NMR (DMSO-d 6 , 125 MHz): δ 27.9, 32.2, 38.4, 42.6, 48.6, 79.8, 113.1, 113.8, 119.9, 122.4, 126.0, 128.1, 129.9, 135.8, 136.4, 142.4, 144.9, 153.9, 170.3 ppm. HR-ESI-MS m/z [M]+ calc. 290.16517, obs. 290.15680. 1 H NMR (DMSO- d 6 , 500 MHz) : δ 1.04 (s, 6H), 2.55 (s, 2H), 2.68 (s, 2H), 4.35 (s, 3H), 6.97 (s, 1H), 7.36 (d, J = 16.5 Hz, 1H), 7.71 (d, J = 16 Hz, 1H), 8.14-8.17 (m, 1H), 8.75 (d , J = 8 Hz, 1H), 8.89 (d, J = 6 Hz, 1H), 9.29 (s, 1H) ppm. 13 C NMR (DMSO- d 6 , 125 MHz): δ 27.9, 32.2, 38.4, 42.6, 48.6, 79.8, 113.1, 113.8, 119.9, 122.4, 126.0, 128.1, 129.9, 135.8, 136.4, 142.4, 144.9, 153.9, 170.3 ppm. HR-ESI-MS m / z [M] + calc. 290.16517, obs. 290.156801H NMR (DMSO- d 6 , 500 MHz): δ 1.04 (s, 6H), 2.55 (s, 2H), 2.68 (s, 2H), 4.35 (s, 3H), 6.97 (s, 1H), 7.36 (d, J = 16.5 Hz, 1H), 7.71 (d , J = 16 Hz, 1H), 8.14-8.17 (m, 1H), 8.75 (d, J = 8 Hz, 1H), 8.89 (d, J = 6 Hz, 1H), 9.29 (s, 1H) ppm. 13 C NMR (DMSO- d 6 , 125 MHz): δ 27.9, 32.2, 38.4, 42.6, 48.6, 79.8, 113.1, 113.8, 119.9, 122.4, 126.0, 128.1, 129.9, 135.8, 136.4, 142.4, 144.9, 153.9, 170.3 ppm. HR-ESI-MS m / z [M] + calc. 290.16517, obs. 290.15680.

실험예: 미토콘드리아 내 NAD(P)H 검출을 위한 형광 프로브의 효과Experimental Example: Effect of a fluorescent probe for NAD (P) H detection in mitochondria

프로브 1 및 2의 합성 반응식은 도 2에 나타내었다. 프로브 3, 4 및 (3-브로 모프로필)트리페닐-포스포늄 브로마이드는 종래 방법을 참고하여 제조하였다(Sens. Actuators B Chem. 2016, 222, 48-54., Cryst. Growth Des. 2013, 13, 1978-1987., Biomaterials 2016, 107, 33-43.). 프로브 1 및 2의 화학 구조는 1H, 13C NMR 분광법 및 HR-ESI-MS로 확인하였다.The synthetic reaction schemes of probes 1 and 2 are shown in FIG. 2. Probes 3, 4 and (3-bromopropyl) triphenyl-phosphonium bromide were prepared with reference to conventional methods (Sens. Actuators B Chem. 2016, 222, 48-54., Cryst. Growth Des. 2013, 13 , 1978-1987., Biomaterials 2016, 107, 33-43.). Chemical structures of probes 1 and 2 were confirmed by 1 H, 13 C NMR spectroscopy and HR-ESI-MS.

NADH 존재 하에 프로브 1의 흡수 및 형광 변화는 2%(v/v) DMSO가 첨가된 PIPES 버퍼(pH 7.4, 25 mM)에서 수행하였다. 프로브 1은 가시 및 원적외선 영역에서 특유의 흡수 및 방출 밴드를 나타내지 않았다. 그러나, NADH의 존재 하에 프로브 1은 570 nm에서 새로운 흡수 밴드를 나타냈고, 노란색에서 보라색으로 시각적인 색 변화를 나타내어 NADH의 육안 검사가 가능함을 확인하였다(도 3a). 570 nm의 여기에서 프로브 1은 615 nm에서 새로운 방출 밴드를 나타냈고, 밝은 적색 형광으로 시각적인 색 변화를 나타내었다(도 3b). 또한, 형광 양자 수율은 표준물질로서 크리스탈 바이올렛 퍼클로레이트(cresyl violet perchlorate)(ФF = 0.22)를 사용하여 측정한 결과, 프로브 1이 세포 NAD(P)H에 반응하여 원적외선 방출 영역에서 형광 off-on 변화를 나타내는 것을 확인하였으며, 이는 분석물에 의존하지 않는 자체 형광의 간섭 없이 쉽게 검출될 수 있음을 의미한다.Absorption and fluorescence changes of probe 1 in the presence of NADH were performed in a PIPES buffer (pH 7.4, 25 mM) with 2% (v / v) DMSO added. Probe 1 did not exhibit distinct absorption and emission bands in the visible and far infrared regions. However, in the presence of NADH, probe 1 showed a new absorption band at 570 nm, and visual color change from yellow to purple was confirmed, and it was confirmed that visual inspection of NADH was possible (FIG. 3A). Probe 1 at 570 nm excitation showed a new emission band at 615 nm, and showed a visual color change with bright red fluorescence (FIG. 3B). In addition, the fluorescence quantum yield was measured using crystal violet perchlorate (Ф F = 0.22) as a standard, and probe 1 reacted with cellular NAD (P) H, resulting in fluorescence off-on in the far-infrared emission region. It was confirmed that it exhibits a change, which means that it can be easily detected without interference of its own fluorescence that does not depend on the analyte.

NADH의 존재 하에 프로브 1의 시간 의존적 형광 변화를 관찰하였다. 프로브 1(10 μM) 용액에 NADH(2 mM)를 첨가하면 형광 신호가 615 nm에서 검출되고, 37℃에서 23시간 동안 점차적으로 증가하는 것을 확인하였다(도 3c).The time dependent fluorescence change of probe 1 was observed in the presence of NADH. When NADH (2 mM) was added to the probe 1 (10 μM) solution, a fluorescence signal was detected at 615 nm and gradually increased at 37 ° C. for 23 hours (FIG. 3C).

NADH의 정량 분석은 2%(v/v) DMSO가 첨가된 PIPES 버퍼(pH 7.4, 25 mM)에 프로브 1을 용해하여 수행하였다. NADH의 농도가 0에서 3 mM로 증가되면 615 nm에서 형광 강도가 점차적으로 증가하는 것을 확인하였다(도 3d). NADH 농도 대 615 nm에서의 형광 강도의 플롯은 0 내지 800 μM 사이의 NADH 농도에 대한 양호한 선형성을 나타내었으며, NADH의 검출 한계는 1.5 μM이었다(도 3d의 삽입).Quantitative analysis of NADH was performed by dissolving probe 1 in PIPES buffer (pH 7.4, 25 mM) with 2% (v / v) DMSO added. When the concentration of NADH was increased from 0 to 3 mM, it was confirmed that the fluorescence intensity gradually increased at 615 nm (FIG. 3D). The plot of NADH concentration versus fluorescence intensity at 615 nm showed good linearity for NADH concentrations between 0 and 800 μM, and the detection limit of NADH was 1.5 μM (insertion in FIG. 3D).

다양한 생물학적 관련 금속, 음이온, 활성 산소종, 티올, NADPH, NADH 및 기타 생체분자 존재 하에 프로브 1(10 μM)에 대한 상대적인 형광 강도를 분석한 결과, 프로브 1은 NADH 및 NADPH 존재 하에 615 nm에서 명백한 형광 증가를 나타내었다(도 4). As a result of analyzing the relative fluorescence intensity for probe 1 (10 μM) in the presence of various biologically relevant metals, anions, reactive oxygen species, thiols, NADPH, NADH and other biomolecules, probe 1 was apparent at 615 nm in the presence of NADH and NADPH. Fluorescence increased (FIG. 4).

이는 프로브 1이 생물학적으로 관련이 있는 다른 종의 간섭 없이 세포 NAD(P)H에 대해 매우 선택적 형광 이미지를 생성하는 것을 보여준다.This shows that Probe 1 produces a highly selective fluorescence image for cellular NAD (P) H without interference from other biologically relevant species.

프로브 1이 NADH에 대하여 탁월한 선택성을 보이는 것을 확인한 바, 살아있는 유방암 세포(MDA-MB-231)의 미토콘드리아 내 NADH 검출에 있어서 프로브 1의 세포 활성을 입증하고자 하였다. 우선적으로, 세포에 다양한 농도의 프로브 1을 처리하고 6시간 및 24시간 동안 배양하여 세포 독성을 평가하였다. When it was confirmed that Probe 1 exhibited excellent selectivity for NADH, it was intended to prove the cell activity of Probe 1 in detecting NADH in mitochondria of living breast cancer cells (MDA-MB-231). First, cells were treated with various concentrations of Probe 1 and cultured for 6 and 24 hours to evaluate cytotoxicity.

그 결과, 30 μM의 고농도에서 6시간 처리하였을 때, 세포 독성이 관찰되지 않았고, 24시간 처리하였을 때 80%의 생존력으로 세포 독성이 약간 증가하는 것을 확인하였다(도 5).As a result, it was confirmed that when treated at a high concentration of 30 μM for 6 hours, cytotoxicity was not observed, and when treated for 24 hours, cytotoxicity slightly increased with 80% viability (FIG. 5).

살아있는 세포에서 프로브 1이 미토콘드리아를 선택적으로 표적하는지 여부를 확인하기 위해, 프로브 1 및 세포소기관 마커를 각각 동시 염색하였다. 그 결과, 프로브 1(적색)과 미토콘드리아 마커(녹색)의 병합 이미지를 보면, 대부분의 세포에서 두 염색이 공존하는 것을 확인한 반면, 프로브 1과 리소좀 마커, 또는 프로브 1과 소포체 마커의 병합 이미지에서는 두 염색의 공존이 관찰되지 않았다.To determine whether probe 1 selectively targets mitochondria in living cells, probe 1 and organelle markers were each stained simultaneously. As a result, looking at the combined image of probe 1 (red) and mitochondrial marker (green), it was confirmed that the two stains coexist in most cells, whereas in the combined image of probe 1 and lysosomal marker, or probe 1 and vesicle marker No coexistence of staining was observed.

피어슨 상관계수(PCC) 값을 분석한 결과, 프로브 1과 미토콘드리아 마커 사이의 통계적으로 유의한 상관 관계(r = 0.98)가 나타났으나, 프로브 1과 리소좀 마커, 또는 프로브 1과 소포체 마커는 통계적으로 유의하지 않은 상관 관계(0.63, 0.81)를 나타내었다(도 6). As a result of analyzing the Pearson correlation coefficient (PCC) value, a statistically significant correlation (r = 0.98) was found between the probe 1 and the mitochondrial marker, but the probe 1 and the lysosomal marker, or the probe 1 and the vesicle marker were statistically Non-significant correlations (0.63, 0.81) were shown (Fig. 6).

이러한 결과는 프로브 1이 상업적으로 이용 가능한 미토콘드리아 마커 염료와 강한 양의 상관 관계를 나타내며, 살아있는 세포의 미토콘드리아에 위치한다는 것을 증명한다.These results demonstrate that probe 1 has a strong positive correlation with the commercially available mitochondrial marker dye and is located in the mitochondria of living cells.

다음으로 프로브 1에서 얻어진 형광 신호가 미토콘드리아의 NAD(P)H에 의해 유도되었음을 증명하고자 실험을 수행하였다. 서로 다른 조건의 두 그룹의 세포를 준비하고 일시적인 형광 이미지를 획득하였다. 포도당 매개 NAD(P)H 생성은 해당(glycolysis), 피루브산 산화 및 구연산 순환을 통해 일어나기 때문에 NAD(P)H 부스팅 그룹(boosting group)으로 MDA-MB-231 세포를 포도당과 함께 사전 배양하였다. Next, an experiment was performed to prove that the fluorescence signal obtained from probe 1 was induced by NAD (P) H of mitochondria. Two groups of cells with different conditions were prepared and transient fluorescence images were obtained. Since glucose-mediated NAD (P) H production occurs through glycolysis, pyruvic acid oxidation, and citric acid circulation, MDA-MB-231 cells were pre-incubated with glucose as an NAD (P) H boosting group.

반면, 카르보닐 시아노 4-트리플루오로메톡시페닐하이드라존[carbonyl cyanide 4-(trifluoromethoxy)phenylhydrazone; FCCP]은 미토콘드리아 내막을 통해 양성자를 전달함으로써 ATP 합성을 방해하기 때문에 NAD(P)H가 고갈된 그룹으로 MDA-MB-231 세포를 FCCP와 사전 배양하여 NADH 탈수소 효소를 통한 미토콘드리아 NADH의 산화를 유도하였다. On the other hand, carbonyl cyanide 4- (trifluoromethoxy) phenylhydrazone; FCCP] interferes with ATP synthesis by delivering protons through the mitochondrial inner membrane, thereby inducing the oxidation of mitochondrial NADH through NADH dehydrogenase by pre-culturing MDA-MB-231 cells with FCCP as a group depleted of NAD (P) H. Did.

그 결과, FCCP로 전처리된 세포는 대조군 세포보다 낮은 형광 강도를 보인 반면, 포도당으로 전처리된 세포는 강한 형광 신호를 나타내었다(도 7). As a result, cells pre-treated with FCCP showed lower fluorescence intensity than control cells, whereas cells pre-treated with glucose showed strong fluorescence signals (FIG. 7).

이러한 결과는 프로브 1이 미토콘드리아 NAD(P)H에 의존적으로 형광 신호를 생성함을 보여준다.These results show that probe 1 generates a fluorescence signal dependent on mitochondrial NAD (P) H.

암세포가 정상 세포보다 빠르게 자라면서 분화하기 때문에, 살아있는 암세포(MDA-MB-231)와 섬유아세포(NIH-3T3)의 미토콘드리아에서 프로브 1의 형광 신호를 비교하였다. Since cancer cells grow and differentiate faster than normal cells, the fluorescence signal of probe 1 was compared in the mitochondria of living cancer cells (MDA-MB-231) and fibroblasts (NIH-3T3).

그 결과, MDA-MB-231 세포와 NIH-3T3 세포 사이에서 형광 이미지의 신호는 명확한 차이를 나타내었다(도 8). MDA-MB-231 세포와 비교하였을 때, Calcein AM(녹색)으로 염색된 NIH-3T3 세포는 프로브 1의 적색 형광 신호가 약한 것을 확인하였다. As a result, the signal of the fluorescence image between MDA-MB-231 cells and NIH-3T3 cells showed a clear difference (Fig. 8). When compared to MDA-MB-231 cells, NIH-3T3 cells stained with Calcein AM (green) confirmed that the red fluorescence signal of probe 1 was weak.

이러한 결과는 프로브 1이 형광 강도의 차이를 매핑하여 정상 세포로 둘러싸인 암세포를 검출하는데 사용될 수 있음을 의미한다.These results indicate that probe 1 can be used to detect cancer cells surrounded by normal cells by mapping differences in fluorescence intensity.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술한 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.The specific parts of the present invention have been described in detail above, and it is clear that for those skilled in the art, these specific techniques are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereto. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted to be included in the scope of the present invention.

Claims (15)

하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염:
[화학식 1]
Figure 112018129835988-pat00009

상기 식에서, X는 미토콘드리아 표적 모이어티(moiety)임.
A compound represented by Formula 1 or a pharmaceutically acceptable salt thereof:
[Formula 1]
Figure 112018129835988-pat00009

In the above formula, X is a mitochondrial target moiety.
제 1항에 있어서, 상기 미토콘드리아 표적 모이어티는 트리페닐포스포늄 양이온(triphenylphosphonium cation), 로다민(rhodamine) 및 헤미사이아닌(hemicyanine)으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염.The compound of claim 1, wherein the mitochondrial targeting moiety is selected from the group consisting of triphenylphosphonium cation, rhodamine and hemicyanine, or a pharmaceutically acceptable compound thereof. Possible salts. 제 1항에 있어서, 상기 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염은 하기 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염:
[화학식 2]
Figure 112018129835988-pat00010
According to claim 1, wherein the compound or a pharmaceutically acceptable salt thereof is a compound or a pharmaceutically acceptable salt thereof, characterized in that represented by the following formula (2):
[Formula 2]
Figure 112018129835988-pat00010
하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 유효성분으로 포함하는 미토콘드리아 내 NAD(P)H 검출용 조성물:
[화학식 1]
Figure 112018129835988-pat00011

상기 식에서, X는 미토콘드리아 표적 모이어티(moiety)임.
A composition for detecting NAD (P) H in mitochondria comprising a compound represented by Formula 1 or a pharmaceutically acceptable salt thereof as an active ingredient:
[Formula 1]
Figure 112018129835988-pat00011

In the above formula, X is a mitochondrial target moiety.
제 4항에 있어서, 상기 미토콘드리아 표적 모이어티는 트리페닐포스포늄 양이온(triphenylphosphonium cation), 로다민(rhodamine) 및 헤미사이아닌(hemicyanine)으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 미토콘드리아 내 NAD(P)H 검출용 조성물.5. The NAD (P) H in mitochondria according to claim 4, wherein the mitochondrial targeting moiety is selected from the group consisting of triphenylphosphonium cation, rhodamine and hemicyanine. Detection composition. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 유효성분으로 포함하는 미토콘드리아 내 NAD(P)H 검출용 형광 화학 센서:
[화학식 1]
Figure 112018129835988-pat00012

상기 식에서, X는 미토콘드리아 표적 모이어티(moiety)임.
Fluorescence chemical sensor for NAD (P) H detection in mitochondria comprising a compound represented by the following formula 1 or a pharmaceutically acceptable salt thereof as an active ingredient:
[Formula 1]
Figure 112018129835988-pat00012

In the above formula, X is a mitochondrial target moiety.
제 6항에 있어서, 상기 미토콘드리아 표적 모이어티는 트리페닐포스포늄 양이온(triphenylphosphonium cation), 로다민(rhodamine) 및 헤미사이아닌(hemicyanine)으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 미토콘드리아 내 NAD(P)H 검출용 형광 화학 센서.7. The NAD (P) H in mitochondria according to claim 6, wherein the mitochondrial target moiety is selected from the group consisting of triphenylphosphonium cation, rhodamine and hemicyanine. Fluorescence chemical sensor for detection. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 유효성분으로 포함하는 미토콘드리아 내 NAD(P)H 검출용 키트:
[화학식 1]
Figure 112018129835988-pat00013

상기 식에서, X는 미토콘드리아 표적 모이어티(moiety)임.
Kit for detecting NAD (P) H in mitochondria comprising the compound represented by Formula 1 or a pharmaceutically acceptable salt thereof as an active ingredient:
[Formula 1]
Figure 112018129835988-pat00013

In the above formula, X is a mitochondrial target moiety.
제 8항에 있어서, 상기 미토콘드리아 표적 모이어티는 트리페닐포스포늄 양이온(triphenylphosphonium cation), 로다민(rhodamine) 및 헤미사이아닌(hemicyanine)으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 미토콘드리아 내 NAD(P)H 검출용 키트.9. The NAD (P) H in mitochondria according to claim 8, wherein the mitochondrial targeting moiety is selected from the group consisting of triphenylphosphonium cation, rhodamine and hemicyanine. Detection kit. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 유효성분으로 포함하는 암세포 검출용 조성물:
[화학식 1]
Figure 112018129835988-pat00014

상기 식에서, X는 미토콘드리아 표적 모이어티(moiety)임.
A composition for detecting cancer cells comprising the compound represented by Formula 1 or a pharmaceutically acceptable salt thereof as an active ingredient:
[Formula 1]
Figure 112018129835988-pat00014

In the above formula, X is a mitochondrial target moiety.
제 10항에 있어서, 상기 미토콘드리아 표적 모이어티는 트리페닐포스포늄 양이온(triphenylphosphonium cation), 로다민(rhodamine) 및 헤미사이아닌(hemicyanine)으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 암세포 검출용 조성물.11. The composition for detecting cancer cells according to claim 10, wherein the mitochondrial targeting moiety is selected from the group consisting of triphenylphosphonium cation, rhodamine and hemicyanine. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 유효성분으로 포함하는 암세포 검출용 키트:
[화학식 1]
Figure 112018129835988-pat00015

상기 식에서, X는 미토콘드리아 표적 모이어티(moiety)임.
Cancer cell detection kit comprising the compound represented by the following formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof as an active ingredient:
[Formula 1]
Figure 112018129835988-pat00015

In the above formula, X is a mitochondrial target moiety.
제 12항에 있어서, 상기 미토콘드리아 표적 모이어티는 트리페닐포스포늄 양이온(triphenylphosphonium cation), 로다민(rhodamine) 및 헤미사이아닌(hemicyanine)으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 암세포 검출용 키트.The kit for detecting cancer cells according to claim 12, wherein the mitochondrial targeting moiety is selected from the group consisting of triphenylphosphonium cation, rhodamine and hemicyanine. (a) 제 1항에 따른 화학식 1의 화합물 또는 약학적으로 허용가능한 염을 세포에 처리하여 반응시키는 단계; 및
(b) 상기 반응시킨 반응물의 형광 파장, 형광 세기 및 광학적 변화로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 지표를 측정하는 단계;를 포함하는 미토콘드리아 내 NAD(P)H의 검출방법.
(A) the step of reacting the compound of formula 1 according to claim 1 or a pharmaceutically acceptable salt to the cell; And
(b) measuring any one or more indicators selected from the group consisting of fluorescence wavelength, fluorescence intensity, and optical change of the reacted reactant; a method for detecting NAD (P) H in a mitochondrial comprising a.
제 14항에 있어서, 상기 지표는 UV-Vis(Ultraviolet-visible) 분광 광도계, 형광 광도계, 전자분무 이온화 질량 분광법 및 공초점 현미경으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 방법을 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 미토콘드리아 내 NAD(P)H의 검출방법.
15. The method of claim 14, wherein the indicator is characterized by measuring any one or more selected from the group consisting of UV-Vis (Ultraviolet-visible) spectrophotometer, fluorescent photometer, electrospray ionization mass spectrometry and confocal microscopy NAD (P) H detection method in mitochondria.
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