KR20170105662A - 시아닌계 화합물, 이를 포함하는 생체분자 표지용 염료, 키트 및 조영제 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생체분자 표지용 염료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 450nm 이상의 가시광선 및 근적외선 영역의 파장대에서 형광 신호를 나타내고 생체분자의 검출에 사용할 수 있는 신규한 시아닌계 화합물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 생체분자 표지용 염료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 450nm 이상의 가시광선 및 근적외선 영역의 파장대에서 형광 신호를 나타내고 생체분자의 검출에 사용할 수 있는 신규한 시아닌계 화합물에 관한 것이다.
바이오 분야에서 생체 내(in vivo), 생체 외(in vitro)에서 세포수준의 생물학적인 현상을 관찰하거나, 생체 조영 및 질환부위를 검시하기 위해, 이를 가시화 할 수 있는 수단으로 형광 염료가 사용되고 있다.
그린형광단백질(GFP) 등의 자체적으로 발광하는 생체분자도 존재하지만, 일반적으로는 생체 조직이나 세포 및 그 이하 단계의 생체분자를 형광 염료로 염색하거나, 단백질, 핵산 등의 생체분자에 형광 염료를 표지한 후, 형광 신호를 검출할 수 있는 광학장비를 동반하여, 다양한 기법으로 영상화한 자료를 얻고 있다.
주로 사용되는 광학 분석 장비로는 세포 관찰을 위한 형광현미경(fluorescece microscope), 공초점현미경(confocal microscope), 유세포분석기(flow cytometry), 마이크로어레이(microarray), 정량 중합효소연쇄반응 장치(quantitative PCR system), 핵산 및 단백질 분리, 분석을 위한 전기영동(electrophoresis) 장치, 실시간 생체내 영상 장비(in vivo imaging system) 등 연구 목적의 장비 외에도, 면역 분석 기법(immnuno assay)이나 PCR 분석 및 통계 기술이 접목된 핵산 및 단백질 진단 키트(또는 바이오칩) 기반 체외 진단(in vitro diagnosis) 장비와 의료 영상 수술(image-guided surgery)을 위한 수술대 및 내시경 장비 등의 진단 및 치료를 위한 것들이 알려져 있으며, 지속적으로 새로운 응용 분야 및 더 높은 수준의 해상도 및 데이터 처리 능력을 가진 장비가 개발되고 있다.
바이오 분야에 형광 염료를 적용하기 위해서는, 일반적으로 대부분의 생체분자들이 존재하는 매질, 즉, 수용액 내에 존재할 때 광표백(photo bleaching) 및 소광(quenching) 현상이 적고, 몰흡광계수(molecular extinction coefficient)및 양자효율(quantum efficiency)이 크며, 다양한 pH 조건에서 안정한 것이 바람직하다.
여러 연구분야에서 다양한 형광 염료가 이용되어 오고 있으나, 바이오 분야에서 상술한 조건들을 모두 만족시키는 형광 염료는 드물며, 현재 사용되고 있는 대표적인 구조로는 쿠마린(coumarins), 시아닌(cyanine), 보디피(bodipy), 플로세인(fluoresceins), 로다민(rhodamines), 피렌(pyrenes), 카르보피로닌(carbopyronin), 옥사진(oxazine), 잔텐(xanthenes), 티오잔텐(thioxanthene) 및 아크리딘(acridines) 등이 있다. 이 중에서도 특히 로다민 유도체와 폴리메틴(polymethine) 계열의 시아닌 유도체가 주를 이루고 있다.
특히, 시아닌계 형광 염료는, 폴리메틴 양쪽 말단 부위에 질소를 포함한 헤테로 고리로 연결되어 있으며, 폴리메틴 길이를 조절함으로써 450nm에서 800nm의 가시광선, 근적외선 전영역에 걸쳐 다양한 형광을 구현할 수 있는 구조적 장점 뿐만 아니라, 일반적으로 매우 높은 흡광계수를 가지는 광학적 특징이 있다.
본 발명은 광학 영상 분야에서 생체분자의 동정을 관찰하기 위하여 광범위하게 사용될 수 있는 화합물로서 신규한 시아닌계 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 신규한 시아닌계 화합물을 포함하는 생체분자 표지용 염료, 키트 및 조영제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기의 화학식 1로 표시되는 시아닌(cyanine)계 화합물이 제공될 수 있다.
[화학식 1]
여기서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴이며, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 황, 산소, 셀레늄, NR3, CR3R4, SiR3R4 및 -CR3=CR4-으로부터 선택될 수 있다.
R1은 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C1-C10 알킬, 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C2-C10 헤테로알킬, 폴리알킬렌 옥사이드 및 -L-X 작용기로부터 선택되며, R2 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C2-C10 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알케닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알키닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알콕시, 치환 또는 비치환된 아릴옥시, 치환 또는 비치환된 C1-C10 할로알킬, 할로겐, 사이아노, 하이드록시, 치환 또는 비치환된 아미노, 치환 또는 비치환된 아마이드, 카바메이트, 설프하이드릴, 나이트로, 카복실, 카복실산염, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬, 4차 암모늄, 인산, 인산염, 케톤(-COR5), 알데하이드, 에스터(-COOR5), 아실클로라이드, 설폰산, 설폰산염 및 -L-X 작용기로부터 선택될 수 있다.
R2, R3 또는 R4가 케톤기(-COR5) 또는 에스터기(-COOR5)일 때, R5는 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C2-C10 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알케닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알키닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알콕시, 치환 또는 비치환된 C1-C10 할로알킬 및 치환 또는 비치환된 C1-C10 아미노알킬로부터 선택될 수 있다.
-L-X 작용기에 있어서, L은 탄소, 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 1-20개의 원자, -NHCOO-, -CONH-, -CH2NH-, -CH2NR6-, -COO-, -SO2NH-, -HN-C(=NH)-NH-, -NR6-, -(CH2-CH2-O-)p-, -CH=CH-, -C≡C-, -Ar- 및 -CO-Ar-NR6-으로부터 선택되는 링커이며, R6은 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C6알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C2-C10 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2-C10알케닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10알키닐, 치환 또는 비치환된 C2-C6알콕시 및 치환 또는 비치환된 C1-C6할로알킬로부터 선택되며, Ar은 아릴이며, p는 1내지 100 의 정수이며, X는 카복실(carboxyl), 숙신이미딜 에스터(succinimidyl ester), 설포-숙신이미딜 에스터(sulfo-succinimidyl ester), 이소티오시아네이트(isothiocyanate), 말레이미드(maleimide), 할로아세트아마이드(haloacetamide), 하이드라자이드(hydrazide), 바이닐설폰(vinylsulphone), 다이클로로트리아진(dichlorotriazine), 포스포라미다이트(phosphoramidite), 알킬 할라이드(alkyl halide), 아실 할라이드(acyl halide), 카보하이드라자이드(carbohydrazide), 하이드록실아민(hydroxylamine), 케톤(ketone), 알카인(alkyne), 아자이드(azide), 지방족 및 방향족 아민(amine), 설포테트라플루오로페닐 에스터(sulfotetrafluorophenyl ester), 설포다이클로로페닐 에스터(sulfodichlorophenyl ester), 카보닐 아자이드(carbonyl azide), 설포닐 클로라이드(sulfonyl chloride), 설포닐 플루오라이드(sulfonyl fluoride), 보론산(boronic acid), 이소시아네이트(isocyanate), 할로겐-치환 트리아진(halogen-substituted triazine), 할로겐-치환 피리딘(halogen-substituted pyridine), 할로겐-치환 다이아진(halogen-substituted diazine), 테트라플루오로페닐 에스터(tetrafluorophenyl ester), 이미도 에스터(imido ester), 아지도나이트로페닐(azidonitrophenyl), 글리옥살(glyoxal) 및 알데하이드로부터 선택되는 반응성기이다.
R2, R3, R4, R5 또는 R6가 치환된 경우, 상기 작용기 내 임의의 탄소 또는 말단 탄소는 설폰산, 설폰산염, 케톤, 알데하이드, 카복실산, 카복실산염, 인산, 인산염, 아실클로라이드, 폴리알킬렌 옥사이드, 4차 암모늄염, 에스터 및 아마이드로부터 선택되는 적어도 하나로 치환될 수 있다.
T는 Ar1에 포함된 탄소이며, T와 질소는 서로 결합되어 적어도 하나의 헤테로 원자를 선택적으로 포함하는 치환 또는 비치환된 5 내지 7원자 고리(H)를 형성할 수 있다.
n은 0 또는 1 내지 4의 정수이며, R1이 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C1-C10 알킬, 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C2-C10 헤테로알킬 또는 폴리알킬렌 옥사이드인 경우, 상기 화합물은 적어도 하나의 -L-X 작용기를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물을 포함하는 생체분자 표지용 염료가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물을 포함하는 생체분자 표지용 키트가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물을 포함하는 조영제 조성물이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 신규한 시아닌계 화합물은 생체분자와 결합하여 450nm 이상의 가시광선 및 근적외선의 파장 영역에 있어서 형광 신호를 나타낼 수 있다. 이를 기반으로 본 발명에 따른 시아닌계 화합물은 생체분자 표지용 염료, 생체분자 표지용 키트 및 조영제 조성물 등으로 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 수 있다.
또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함할 수 있다.
신규한
시아닌계 화합물
본 발명의 일 측면에 따르면, 하기의 화학식 1로 표시되는 시아닌(acyanine)계 화합물이 제공될 수 있다.
[화학식 1]
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시아닌계 화합물은 하기의 화학식 2로 표시되는 공명 구조로도 존재할 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
[화학식 2]
여기서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴이며, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 황, 산소, 셀레늄, NR3, CR3R4, SiR3R4 및 -CR3=CR4-으로부터 선택될 수 있다. 또한, n은 0 또는 1 내지 4의 정수이다.
이 때, Y1 또는 Y2가 CR4R5인 경우, R4 및 R5는 서로 결합하여 4원자, 5원자 또는 6원자 탄화수소 고리를 형성할 수 있다.
R1은 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C1-C10 알킬, 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C2-C10 헤테로알킬, 폴리알킬렌 옥사이드 및 -L-X 작용기로부터 선택되며, R2 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C2-C10 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알케닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알키닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알콕시, 치환 또는 비치환된 아릴옥시, 치환 또는 비치환된 C1-C10 할로알킬, 할로겐, 사이아노, 하이드록시, 치환 또는 비치환된 아미노, 치환 또는 비치환된 아마이드, 카바메이트, 설프하이드릴, 나이트로, 카복실, 카복실산염, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬, 4차 암모늄, 인산, 인산염, 케톤(-COR5), 알데하이드, 에스터(-COOR5), 아실클로라이드, 설폰산, 설폰산염 및 -L-X 작용기로부터 선택될 수 있다.
Ra (여기서, a는 2 내지 4의 정수)가 케톤기(-COR5) 또는 에스터기(-COOR5)일 때, R5는 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C2-C10 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알케닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알키닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알콕시, 치환 또는 비치환된 C1-C10 할로알킬 및 치환 또는 비치환된 C1-C10 아미노알킬로부터 선택될 수 있다.
Ra가 알케닐 또는 알키닐일 때, 알케닐의 sp2-혼성 탄소 또는 알키닐의 sp-혼성 탄소가 직접적으로 결합되거나 알케닐의 sp2-혼성 탄소 또는 알키닐의 sp-혼성 탄소에 결합된 알킬의 sp3-혼성 탄소에 의해 간접적으로 결합된 형태일 수 있다.
본원에서 Ca-Cb 작용기는 a 내지 b 개의 탄소 원자를 갖는 작용기를 의미한다. 예를 들어, Ca-Cb 알킬은 a 내지 b 개의 탄소 원자를 갖는, 직쇄 알킬 및 분쇄 알킬 등을 포함하는 포화 지방족기를 의미한다. 직쇄 또는 분쇄 알킬은 이의 주쇄에 10개 이하(예를 들어, C1-C10의 직쇄, C3-C10의 분쇄), 바람직하게는 4개 이하, 보다 바람직하게는 3개 이하의 탄소 원자를 가진다.
구체적으로, 알킬은 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, s-부틸, i-부틸, t-부틸, 펜트-1-일, 펜트-2-일, 펜트-3-일, 3-메틸부트-1-일, 3-메틸부트-2-일, 2-메틸부트-2-일, 2,2,2-트리메틸에트-1-일, n-헥실, n-헵틸 및 n-옥틸일 수 있다.
또한, 본원에서 알콕시는 -O-(알킬)기와 -O-(비치환된 사이클로알킬)기 둘 다를 의미하는 것으로, 하나 이상의 에터기 및 1 내지 10 개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분쇄 탄화 수소이다.
구체적으로, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, n-부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜톡시, n-헥속시, 1,2-다이메틸부톡시, 사이클로프로필옥시, 사이클로부틸옥시, 사이클로펜틸옥시, 사이클로헥실옥시 등을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본원에서 할로겐은 플루오로(-F), 클로로(-Cl), 브로모(-Br) 또는 요오도(-I)을 의미하며, 할로알킬은 상술한 할로겐으로 치환된 알킬을 의미한다. 예를 들어, 할로메틸은 메틸의 수소 중 적어도 하나가 할로겐으로 대체된 메틸(-CH2X, -CHX2 또는 -CX3)을 의미한다.
본원에서 아르알킬은 아릴이 알킬의 탄소에 치환된 형태의 작용기로서, -(CH2)nAr의 총칭이다. 아르알킬의 예로서, 벤질(-CH2C6H5) 또는 페네틸(-CH2CH2C6H5) 등이 있다.
본원에서 아릴은 달리 정의되지 않는 한, 단일 고리 또는 서로 접합 또는 공유결합으로 연결된 다중 고리(바람직하게는 1 내지 4개의 고리)를 포함하는 불포화 방향족성 고리를 의미한다. 아릴의 비제한적인 예로는 페닐, 바이페닐, o- 터페닐(terphenyl), m-터페닐, p-터페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 1-안트릴(anthryl), 2-안트릴, 9-안트릴, 1-페난트레닐(phenanthrenyl), 2-페난트레닐, 3--페난트레닐, 4--페난트레닐, 9-페난트레닐, 1-피레닐, 2-피레닐 및 4-피레닐 등이 있다.
본원에서 헤테로 아릴은 상기에서 정의된 아릴 내 하나 이상의 탄소 원자가 질소, 산소 또는 황과 같은 비-탄소 원자로 치환된 작용기를 의미한다. 헤테로 아릴의 비제한적인 예로는, 퓨릴(furyl), 테트라하이드로퓨릴, 피로릴(phrrolyl), 피롤리디닐(pyrrolidinyl), 티에닐(thienyl), 테트라하이드로티에닐, 옥사졸릴(oxazolyl), 아이소옥사졸릴(isoxazolyl), 트리아졸릴(triazolyl), 티아졸릴(thiazolyl), 아이소티아졸릴(isothiazolyl), 피라졸릴(pyrazolyl), 피라졸리디닐(pyrazolidinyl), 옥사디아졸릴(oxadiazolyl), 티아디아졸릴(thiadiazolyl), 이미다졸릴(imidazolyl), 이미다졸리닐(imidazolinyl), 피리딜(pyridyl), 피리다지일(pyridaziyl), 트리아지닐(triazinyl), 피페리디닐(piperidinyl), 모르포리닐(morpholinyl), 티오모르포리닐(thiomorpholinyl), 피라지닐(pyrazinyl), 피페라이닐(piperainyl), 피리미디닐(pyrimidinyl), 나프티리디닐(naphthyridinyl), 벤조퓨라닐, 벤조티에닐, 인돌릴(indolyl), 인도리닐, 인돌리지닐, 인다졸릴(indazolyl), 퀴놀리지닐, 퀴놀리닐, 아이소퀴놀리닐, 시놀리닐(cinnolinyl), 프탈라지닐(phthalazinyl), 퀴나졸리닐, 퀴녹사리닐, 프테리디닐(pteridinyl), 퀴누클리디닐(quinuclidinyl), 카바조일, 아크리디닐, 페나지닐, 페노티지닐(phenothizinyl), 페녹사지닐, 퓨리닐, 벤즈이미다졸릴(benzimidazolyl) 및 벤조티아졸릴 등과 이들이 접합된 유사체들이 있다.
본원에서 탄화수소 고리(cycloalkyl) 또는 헤테로 원자를 포함하는 탄화수소 고리(heterocycloalkyl)은 달리 정의되지 않는 한 각각 알킬 또는 헤테로 알킬의 고리형 구조로 이해될 수 있을 것이다.
탄화수소 고리의 비제한적인 예로는 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 1-사이클로헥세닐, 3-사이클로헥세닐 및 사이클로헵틸 등이 있다. 헤테로 원자를 포함하는 탄화수소 고리의 비제한적인 예로는 1-(1,2,5,6-테트라하이드로피리딜), 1-피페리디닐, 2-피페리디닐, 3-피페리디닐, 4-모르포리닐, 3-모르포리닐, 테트라하이드로퓨란-2-일, 테트라하드로퓨란-3-일, 테트라하이드로티엔-2-일, 테트라하이드로티엔-3-일, 1-피페라지닐, 2-피페라지닐 등이 있다.
또한, 탄화수소 고리 또는 헤테로 원자를 포함하는 탄화수소 고리는 여기에 탄화수소 고리, 헤테로 원자를 포함하는 탄화수소 고리, 아릴 또는 헤테로 아릴이 접합되거나 공유결합으로 연결된 형태를 가질 수 있다.
-L-X 작용기에 있어서, L은 탄소, 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 1-20개의 원자, -NHCOO-, -CONH-, -CH2NH-, -CH2NR6-, -COO-, -SO2NH-, -HN-C(=NH)-NH-, -NR6-, -(CH2-CH2-O-)p-, -CH=CH-, -C≡C-, -Ar- 및 -CO-Ar-NR6-으로부터 선택되는 링커이며, R6은 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C6알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C2-C10 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2-C10알케닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10알키닐, 치환 또는 비치환된 C2-C6알콕시 및 치환 또는 비치환된 C1-C6할로알킬로부터 선택되며, Ar은 아릴이며, p는 1내지 100 의 정수이며, X는 카복실(carboxyl), 숙신이미딜 에스터(succinimidyl ester), 설포-숙신이미딜 에스터(sulfo-succinimidyl ester), 이소티오시아네이트(isothiocyanate), 말레이미드(maleimide), 할로아세트아마이드(haloacetamide), 하이드라자이드(hydrazide), 바이닐설폰(vinylsulphone), 다이클로로트리아진(dichlorotriazine), 포스포라미다이트(phosphoramidite), 알킬 할라이드(alkyl halide), 아실 할라이드(acyl halide), 카보하이드라자이드(carbohydrazide), 하이드록실아민(hydroxylamine), 케톤(ketone), 알카인(alkyne), 아자이드(azide), 지방족 및 방향족 아민(amine), 설포테트라플루오로페닐 에스터(sulfotetrafluorophenyl ester), 설포다이클로로페닐 에스터(sulfodichlorophenyl ester), 카보닐 아자이드(carbonyl azide), 설포닐 클로라이드(sulfonyl chloride), 설포닐 플루오라이드(sulfonyl fluoride), 보론산(boronic acid), 이소시아네이트(isocyanate), 할로겐-치환 트리아진(halogen-substituted triazine), 할로겐-치환 피리딘(halogen-substituted pyridine), 할로겐-치환 다이아진(halogen-substituted diazine), 테트라플루오로페닐 에스터(tetrafluorophenyl ester), 이미도 에스터(imido ester), 아지도나이트로페닐(azidonitrophenyl), 글리옥살(glyoxal) 및 알데하이드로부터 선택되는 반응성기이다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 시아닌계 화합물은 상술한 반응성기를 통해 타겟 생체분자와 결합하여 표지하는 것이 가능할 수 있다.
여기서, 상술한 반응성기들은 타겟 생체분자의 아미노기, 이미노기, 티올기 또는 하이드록실기 등과 같은 작용기와 반응할 수 있는 관능기로서, 시아닌계 화합물과 타겟 생체분자 사이에 아미드 결합, 이미드 결합, 우레탄 결합, 에스터 결합 또는 구아니딘 결합과 같은 공유결합을 형성할 수 있다.
아울러, 반응성기(X)는 링커(L)를 매개로 하여 시아닌계 화합물의 본 골격에 결합됨으로써 생체분자와 시아닌계 화합물 사이의 입체 장애를 완화할 수 있으며, 이에 따라 복잡한 구조를 가지는 핵산, 단백질, 탄수화물 등과 같은 생체분자에 대한 표지율을 향상시킬 수 있다.
또한, Rb (여기서, b는 2 내지 5의 정수)가 치환된 경우, 상기 작용기 내 임의의 탄소 또는 말단 탄소는 설폰산, 설폰산염, 케톤, 알데하이드, 카복실산, 카복실산염, 인산, 인산염, 아실클로라이드, 폴리알킬렌 옥사이드, 4차 암모늄염, 에스터 및 아마이드로부터 선택되는 적어도 하나로 치환될 수 있다.
여기서, 폴리알킬렌 옥사이드는 수용성 폴리머 작용기로서 폴리에틸렌 글라이콜(PEG), 폴리프로필렌 글라이콜(PPG), 폴리에틸렌 글라이콜-폴리프로필렌 글라이콜(PEG-PPG) 코폴리머 및 N-치환된 메타크릴아마이드-함유 폴리머 및 코폴리머를 포함한다.
여기서, 폴리알킬렌 옥사이드는 폴리머의 특성이 유지되는 한도 내에서 필요에 따라 추가적으로 치환될 수 있다. 예를 들어, 상기 치환은 폴리머의 화학적 또는 생물학적 안정성을 증가 또는 감소시키기 위한 화학적 결합일 수 있다. 구체적인 예로서, 폴리알킬렌 옥사이드 내 임의의 탄소 또는 말단 탄소는 하이드록시, 알킬 에터(메틸 에터, 에틸 에터, 프로필 에터 등), 카복실메틸 에터, 카복시에틸 에터, 벤질 에터, 다이벤질메틸렌 에터 또는 다이메틸아민으로 치환될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 폴리알킬렌 옥사이드는 메틸 에터로 종결되는 폴리알킬렌 옥사이드(mPEG)일 수 있으며, 여기서 mPEG는 -(CH2CH2O)nCH3의 화학식으로 표현되며, 에틸렌 글라이콜 반복 단위의 수에 해당하는 n의 크기에 따라 mPEG의 크기가 달라질 수 있다.
또한, 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물은 카운터 이온을 더 포함하는 구조를 가질 수 있다. 카운터 이온은 유기 또는 무기 음이온으로서 시아닌계 화합물의 용해도 및 안정성 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시아닌계 화합물의 카운터 이온의 예로서, 포스포릭산 육플루오라이드 이온, 할로겐 이온, 포스포릭산 이온, 과염소산 이온, 과요오드산 이온, 안티몬 육플루오라이드 이온, 주석산 육플루오라이드 이온, 플루오로보릭산 이온 및 사플루오르 이온 등과 같은 무기산 음이온과 티오시안산 이온, 벤젠설폰산 이온, 나프탈렌설폰산 이온, p-톨루엔설폰산 이온, 알킬설폰산 이온, 벤젠카르복실산 이온, 알킬카르복실산 이온, 삼할로알킬카르복실산 이온, 알킬설폰산 이온, 트라이할로알킬설폰산 이온, 및 니코틴산 이온 등과 같은 유기산 이온이 있다. 또한, 비스페닐디톨, 티오비스페놀 킬레이트 및 비스디올-α-디켄톤 등과 같은 금속 화합물 이온, 소듐 및 포타슘 등과 같은 금속 이온과 4차 암모늄 염도 카운터 이온으로서 선택될 수 있다.
화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물에 있어서, n이 1 이상일 때, 인접한 두 R2는 서로 결합하여 탄화수소 고리를 형성할 수 있다. 이 때, 탄화수소 고리는 4원자, 5원자 또는 6원자 고리일 수 있으며, -S-, -O-, -Se-, >NR3 및 >SiR3R4 로부터 선택되는 적어도 하나의 헤테로 원자를 선택적으로 포함할 수 있다.
T는 Ar1에 포함된 탄소이며, T와 질소는 서로 결합되어 적어도 하나의 헤테로 원자를 선택적으로 포함하는 치환 또는 비치환된 5 내지 7원자 고리(H)를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시아닌계 화합물은 R1이 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C1-C10 알킬, 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C2-C10 헤테로알킬 또는 폴리알킬렌 옥사이드인 경우, 적어도 하나의 -L-X 작용기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, Ar1 또는 Ar2가 치환된 경우, 상기 작용기 내 임의의 탄소는 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C2-C10 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알케닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알키닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알콕시, 치환 또는 비치환된 아릴옥시, 치환 또는 비치환된 C1-C10 할로알킬, 할로겐, 사이아노, 하이드록시, 치환 또는 비치환된 아미노, 치환 또는 비치환된 아마이드, 카바메이트, 설프하이드릴, 나이트로, 카복실, 카복실산염, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬, 4차 암모늄, 인산, 인산염, 케톤(-COR5), 알데하이드, 에스터(-COOR5), 아실클로라이드, 설폰산, 설폰산염 및 -L-X 작용기로부터 선택되는 적어도 하나로 치환될 수 있다.
이 때, R1이 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C1-C10 알킬, 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C2-C10 헤테로알킬 또는 폴리알킬렌 옥사이드인 경우, R2, R3 또는 R4가 -L-X 작용기이거나, Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나는 -L-X 작용기로 치환될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 시아닌계 화합물의 여기 및 발광 특성은 화학식 1에서 정의된 비대칭적인 헤테로 고리를 포함하는 구조에 의해 결정되는 것으로서, 화학식 1로 표시되는 화합물에 도입된 반응기의 종류와 무관하게 본 발명에서 의도하는 시아닌계 화합물의 여기 및 발광 특성은 유지될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물의 구체적인 예는 다음과 같다.
[화합물 1]
[화합물 2]
[화합물 3]
[화합물 4]
[화합물 5]
[화합물 6]
[화합물 7]
[화합물 8]
[화합물 9]
[화합물 10]
[화합물 11]
[화합물 12]
[화합물 13]
[화합물 14]
[화합물 15]
[화합물 16]
[화합물 17]
[화합물 18]
[화합물 19]
[화합물 20]
[화합물 21]
[화합물 22]
[화합물 23]
[화합물 24]
[화합물 25]
[화합물 26]
[화합물 27]
[화합물 28]
[화합물 29]
[화합물 30]
[화합물 31]
[화합물 32]
[화합물 33]
[화합물 34]
[화합물 35]
[화합물 36]
[화합물 37]
[화합물 38]
[화합물 39]
[화합물 40]
[화합물 41]
[화합물 42]
[화합물 43]
[화합물 44]
[화합물 45]
본원에서 개시된 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물의 타겟이 되는 생체분자는 항체, 지질, 단백질, 펩타이드, 탄수화물, 핵산(뉴클레오타이드 포함)로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
지질의 구체적인 예로는 지방산(fatty acids), 인지질(phospholipids), 리포폴리당류(lipopolysaccharides) 등이 있으며, 탄수화물의 구체적인 예로는 단당류, 이당류, 다당류(예를 들어, 덱스트란)을 포함한다.
이 때, 생체분자는 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물의 임의의 작용기 또는 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물에 결합된 반응성기와 반응하기 위한 작용기로서, 아미노, 설프하이드릴(sulphydryl), 카보닐, 하이드록실, 카복실, 포스페이트 및 티오포스페이트로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하거나 이의 유도체 형태를 가질 수 있다.
또한, 생체분자는 아미노, 설프하이드릴(sulphydryl), 카보닐, 하이드록실, 카복실, 포스페이트 및 티오포스페이트로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하거나 이의 유도체 형태를 가지는 옥시 또는 디옥시 폴리핵산일 수 있다.
아울러, 생체분자 이외에 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물은 아미노, 설프하이드릴(sulphydryl), 카보닐, 하이드록실, 카복실, 포스페이트 및 티오포스페이트로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 약물, 호르몬(수용체 리간드 포함), 수용체, 효소 또는 효소 기질, 세포, 세포막, 독소, 미생물 또는 나노 바이오 소재(폴리스타이렌 마이크로스피어 등) 등을 표지하기 위해 사용될 수 있다.
생체분자 표지용 염료, 키트 및 조영제 조성물
본 발명의 다른 측면에 따르면, 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 생체분자 표지용 염료, 키트 및 조영제 조성물이 제공될 수 있다.
또한, 필요에 따라, 생체분자 표지용 키트는 타겟 생체분자와의 반응을 위한 효소, 용매(완충액 등) 및 기타 시약 등을 더 포함할 수 있다.
여기서 용매로는 포스페이트 완충액, 카보네이트 완충액 및 트리스 완충액으로 구성된 군에서 선택되는 완충액, 다이메틸설폭사이드, 다이메틸포름아미드, 다이클로로메탄, 메탄올, 에탄올 및 아세토나이트릴로부터 선택되는 유기 용매 또는 물 등이 사용될 수 있으며, 용매의 종류에 따라 시아닌계 화합물에 다양한 작용기를 도입함으로써 용해도를 조절하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 표지용 키트는 생체분자를 크기별로 분리한 후 상기 생체분자 표지용 염료로 표지하는 전기영동 키트로 구성될 수도 있으며, 이에 따라 단백질의 크기를 동정하거나 핵산의 시퀀싱 용도로 사용할 수 있다.
또한, 상기 실시예에 따른 생체분자 표지용 키트는 고상(solid phase) 또는 반-고상(semi-solid phase)의 지지 매트릭스와 상기 지지 매트릭스 상에 고착화된 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물을 포함할 수 있다.
이에 따라, 생체분자 표지용 키트 내로 주입된 샘플 내 생체분자는 지지 매트릭스 상에 고착화된 시아닌계 화합물과의 상호작용을 통해 지지 매트릭스 상에 고정될 수 있다.
상기 지지 매트릭스는 알지네이트, 콜라겐, 펩타이드, 피브린, 히알루론산, 아가로즈, 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트, 폴리바이닐알코올, 폴리에틸렌글라이콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌글라이콜다이아크릴레이트, 젤라틴, 매트리젤(matrigel), 폴리락트산, 카르복시메틸셀룰로오스, 덱스트란, 키토산, 라텍스 및 세파로즈로부터 선택되는 적어도 하나로 제조될 수 있으며, 비드 또는 멤브레인 형태일 수 있다.
또한, 상기 실시예에 따른 조영제 조성물은 경구 또는 비경구 방식으로 투여되기 위해 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물 외에 약학적으로 허용하는 담체를 더 포함할 수 있다.
약학적으로 허용되는 담체의 구체적인 예로는 락토스, 덱스트로스, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 전분, 아카시아 고무, 인산 칼슘, 알기네이트, 젤라틴, 규산 칼슘, 미세결정성 셀룰로스, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로스, 물, 시럽, 메틸 셀룰로스, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 활석, 스테아르산 마그네슘 및 미네랄 오일 등이 있다.
이하에서는 상술한 생체분자 표지용 염료 또는 생체분자 표지용 키트를 이용한 생체분자의 표지 방법에 대하여 설명하도록 한다.
생체분자 표지용 염료를 이용한 생체분자의 표지 방법
화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물로 생체분자를 표지하는 방법으로는 표지된 고체 또는 반고체 상태의 생체분자의 형광을 측정하는 표지 방법이 가능한 모든 생체분자의 표지에 적용될 수 있다.
종래의 형광 염료 대신 시아닌계 화합물을 사용함으로써, 고감도로 화학적으로 안정적이고 조작성이 뛰어난 표지 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 타겟 생체분자에 시아닌계 화합물을 직접 반응시켜 생체분자를 표지하거나 타겟 생체분자와 시아닌계 화합물로 표지된 프로브를 반응시켜 표지하는 방법 등이 구현될 수 있다.
또한, 타겟 생체분자의 종류에 따라 시아닌계 화합물에 적절한 반응성기를 도입함으로써 타겟-특이적 상호작용을 이용한 생체분자의 표지 방법이 구현될 수도 있다.
아울러, 시아닌계 화합물로 표지한 생체분자를 전기영동을 통해 동정하는 방법이 구현될 수도 있다.
DNA 마이크로어레이법
DNA 마이크로 어레이법은 표지해야 할 표적 핵산에 염료를 반응시켜 표지하는 한편, 표적 핵산에 대하여 상보적인 염기서열을 가지는 단일사슬의 프로브 핵산을 준비하고, 단일사슬으로 변성시킨 표적 핵산과 프로브 핵산을 기판 위에서 혼성화하여, 표적 핵산의 형광을 측정한다.
본 표지 방법에서 기판에 고정하는 프로브 핵산으로는, 유전자의 발현을 조사하는 경우, cDNA 등의 cDNA의 라이브러리, 게놈의 라이브러리 또는 모든 게놈을 주형(鑄型)으로 하여 PCR법에 의해 증폭하여 조제한 것을 사용할 수 있다.
또한, 유전자의 변이 등을 조사하는 경우, 표준이 되는 이미 알려진 서열을 근거로 하여, 변이 등에 대응하는 여러가지 올리고뉴클레오티드를 합성한 것을 사용할 수 있다.
프로브 핵산을 기판 위에 고정하는 것은, 핵산의 종류나 기판의 종류에 따라 적당한 방법을 선택할 수 있다. 예를 들어, DNA의 전하를 이용하여, 폴리리신 등의 양이온으로 표면처리한 기판에 정전결합시키는 방법을 이용할 수도 있다.
한편, 단일사슬으로 변성시킨 표적 핵산과 표지용 염료를 혼합하여 반응시킴으로써, 표지용 염료에 의해 표지된 표적 핵산을 조제한다. 반응온도는 실온~60℃, 반응시간은 2~48시간으로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 표지된 표적 핵산을 기판 위에 점적하고, 혼성화한다.
혼성화는 실온~70℃, 그리고 2~48시간의 범위에서 하는 것이 바람직하다. 혼성화에 의해 프로브 핵산과 상보적인 염기서열을 가지는 표적 핵산이 선택적으로 프로브 핵산과 결합한다. 그 후, 기판을 세정하고 실온에서 건조한다.
이어서, 건조한 기판 표면의 형광강도를 형광 레이저 스캐너법에 의해 측정한다. 형광강도에 의해 유전자 발현의 레벨을 모니터링할 수 있다.
한편, 상기 혼성화는 프로브 핵산을 기판에 고정하는 방법에 대해서 설명하였지만, 미리 염료로 표지한 표적 핵산을 기판에 고정하고, 프로브 핵산을 기판 위에 점적하는 방법을 이용할 수도 있다.
PCR 법
PCR법은, 표지해야 할 표적 핵산의 염기서열에 상보적인 프로브를 염료로 표지하고, 표적 핵산의 증폭에 앞서 혹은 증폭시킨 후에 표적 핵산과 프로브를 반응시켜, 표적 핵산의 형광을 측정한다.
구체적으로는 표적 핵산의 신장반응은 효소(DNA 중합효소, RNA 중합효소)에 의해 이루어지며, 이 때 표적 핵산과 올리고뉴클레오티드로 이루어지는 프라이머가 형성한 이중사슬 핵산서열을 효소가 인식하여, 이 인식한 위치로부터 신장반응이 이루어지고, 목적으로 하는 유전자 영역만을 증폭시킨다.
효소가 합성을 할 때, 뉴클레오티드(dNTP, NTP)를 원료로 하여 합성반응이 이루어진다.
이 때 통상의 뉴클레오티드(dNTP, NTP)에 염료를 가지는 뉴클레오티드를 임의의 비율로 혼합하면, 그 비율의 염료가 도입된 핵산을 합성할 수 있다.
또한, PCR에 의해 임의의 비율로 아미노기를 가지는 뉴클레오티드를 도입한 후에 표지용 염료를 결합하여, 표지용 염료가 도입된 핵산을 합성할 수도 있다.
효소가 합성을 할 때 뉴클레오티드를 원료로 합성반응이 이루어지는데, 이 때의 뉴클레오티드의 3'의 OH를 H로 바꾼 것을 사용한 경우, 더 이상 핵산의 신장반응이 이루어지지 않고, 그 시점에서 반응이 종료한다.
이 뉴클레오티드, ddNTP (dideoxy nucleotide triphospate)는 터미네이터라고 불린다.
통상의 뉴클레오티드에 터미네이터를 섞어 핵산을 합성하면, 일정한 확율로 터미네이터가 도입되어 반응이 종료하기 때문에, 여러가지 길이의 핵산이 합성된다.
이것을 겔 전기영동에 의해 크기 분리하면, 길이의 순번마다 DNA가 늘어서게 된다. 여기서, 터미네이터의 각 염기의 종류마다 다른 표지용 염료로 표지해두면, 합성반응의 종점(3' 말단)에는 각 염기에 의존한 경향이 관찰되어, 터미네이터에 표지한 표지용 염료를 기점으로 형광정보를 읽어냄으로써, 그 표적 핵산의 염기서열 정보를 얻을 수 있다.
또한, 터미네이터 대신에 미리 표지용 염료로 표지한 프라이머를 사용하여 표적 핵산과 혼성화할 수도 있다.
또한, 프로브로서 PNA(펩티드 핵산)를 사용할 수도 있다. PNA는 핵산의 기본 골격 구조인 오탄당·인산골격을, 글리신을 단위로 하는 폴리아미드 골격으로 치환한 것으로, 핵산과 많이 닮은 3차원 구조를 가지고, 상보적인 염기서열을 가지는 핵산에 대하여 매우 특이적이며 강력하게 결합한다. 이를 통해, ISH (in-situ hybridization)법 등 기존의 DNA 해석방법 뿐만 아니라, 텔로미어(telomere, 말단소립) PNA 프로브에 응용함으로써, 텔로미어 연구의 시약으로서 사용할 수도 있다.
표지에는 예를 들어, 이중사슬 DNA를, DNA의 염기서열의 전부 또는 일부에 상보적인 염기서열을 가지며 표지용 염료로 표지된 PNA와 접촉시켜 혼성화하고, 그 혼합물을 가열하여 단일사슬 DNA를 생성하며, 혼합물을 천천히 실온까지 냉각하여 PNA-DNA 복합체를 조제하고, 그 형광을 측정함으로써 진행할 수 있다.
상기 예에서는 표적 핵산을 PCR법에 의해 증폭시켜 생성물의 형광을 측정하는 방법에 대하여 설명하였지만, 이 방법에서는 전기영동으로 생성물의 크기를 확인하고, 그 후 형광강도를 측정함으로써 증폭생성물의 양을 조사할 필요가 있다.
이를 위해, 형광염료의 에너지 트랜스퍼를 이용하고, PCR법의 생성물에 혼성화시킴으로써 형광이 발생하도록 고안된 프로브를 사용하여, 실시간으로 생성물의 양을 측정할 수도 있다.
예를 들어, 도너와 억셉터를 표지한 DNA를 사용할 수 있다. 구체적인 표지 방법으로는 특정 서열의 핵산의 존재를 확인하는 분자비콘법이나 TaqMan-PCR법이나 사이클링 프로브(cycling probe)법 등을 들 수 있다.
또한, 단백질을 표지대상으로 하는 경우, 전기영동 후의 단백질의 표지에는 염색염료가 사용되고 있다.
통상, 전기영동 후의 겔 안에 염색염료 예를 들어, CBB (Coomassie Brilliant Blue)를 침투시켜 단백질을 염색하고, UV를 조사하여 발광시키는 방법이 사용된다.
다만, 종래의 염색 염료를 사용하는 방법은 간단하지만, 감도가 100ng 정도로 낮아, 미량의 단백질 표지에는 적합하지 않다. 또한, 겔을 통하여 염색염료를 침투시키기 때문에, 염색에 많은 시간을 요한다는 문제도 있다.
이에 대하여, 본 발명에서는 단백질을 전기영동에 의해 크기 분리한 후, 분리한 단백질에 표지용 염료를 결합시킴으로써 단백질을 표지한다.
본 발명의 표지용 염료는 반응성기를 가지고 있으며, 단백질과 빠르게 정량적으로 반응하고, 더욱이 고감도이어서, 미량의 단백질 표지에 적합하다. 더욱이, 크기 분리한 단백질을 질량 분석하여 동정(同定)할 수도 있다.
여기서, 단백질에는 알부민, 글로불린, 글루테린, 히스톤, 프로타민, 그리고 콜라겐 등의 단순 단백질, 핵단백질, 당단백질, 리보단백질, 인단백질, 금속단백질 등의 복합 단백질 중 어느 것이든 표지대상으로 할 수 있다.
예를 들어, 인단백질, 당단백질, 총단백질의 염색염료에 대응시켜 3종의 표지용 염료를 사용하고, 2차원 전기영동으로 분리한 단백질 시료에 있어서, 인단백질, 당단백질 및 총단백질을 염색할 수 있다.
또한, TOF-Mass 등의 질량분석을 함으로써 단백질을 동정할 수 있기 때문에, 특수한 단백질을 생성시키는 암이나 바이러스에 의한 감염증 등의 질병의 진단이나 치료에 응용할 수 있다.
또한, 콜라겐은 동물의 결합조직을 구성하는 단백질이며, 독특한 섬유형상 구조를 가진다. 즉, 3중 폴리펩티드 사슬로 이루어지며, 그 펩티드 사슬이 모여 3중 사슬을 형성한다. 콜라겐은 일반적으로 매우 면역원성이 낮은 단백질로서, 식품, 화장품, 의약품 등의 분야에서 널리 사용되고 있다.
또한, 프로브에 압타머(aptamer)를 사용할 수도 있다. 압타머는 올리고 핵산으로 이루어지며, 염기서열에 의존하여 여러가지 특징있는 입체구조를 가질 수 있기 때문에, 그 입체구조를 통하여 단백질을 포함하는 모든 생체분자에 결합할 수 있다. 이 성질을 이용하여, 표지용 염료로 표지한 압타머를 특정 단백질에 결합시켜, 피검체와의 결합에 의한 단백질의 구조 변화에 따른 형광 변화로부터 간접적으로 피검체를 표지할 수 있다.
기타 표지 방법
또한, 본 발명의 표지용 염료를 특이결합을 사용한 생체분자의 표지 방법에도 사용할 수 있다.
즉, 생체분자로 이루어지는 피검체 또는 수식물질에 의해 수식된 이 피검체의 표지에 있어, 피검체에 특이적으로 결합하는 결합 물질 또는 수식 물질에 특이적으로 결합하는 결합물질 중 하나를, 표지용 염료로 표지하고, 표지된 결합물질로부터의 형광을 측정할 수 있다.
여기서, 상기 피검체 또는 수식물질과 상기 결합물질의 조합에는, 항원-항체, 합텐-항합텐 항체, 비오틴-아비딘, Tag 항원, Tag항체, 렉틴-당단백질 또는 호르몬-수용체를 사용할 수 있다.
구체적으로는 기판, 용액, 비즈 또는 항체에 존재하는 항원에 대하여 표지용 염료로 표지한 항체 등의 결합 물질을 반응시켜, 항체의 항원 특이적 상호작용을 통해 특정 항원을 표지할 수 있다.
항원으로는 단백질, 다당류, 핵산, 펩티드 등이 가능하며, 항원 이외에 FITC나 디니트로페닐기 등의 저분자량 분자과 같은 합텐도 사용 가능하다. 이 때, 항원(또는 합텐)과 항체의 조합으로는 GFP와 항 GFP항체, FITC와 항FITC 항체 등이 있다.
표지된 항원들은 면역염색, ELISA, Western blotting 또는 Flow cytometry 등과 같은 각종 측정 방법에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 표지용 염료를 이용하여, 세포 내 신호 전달(signaling) 현상을 관찰할 수도 있다. 내부 신호 전달 또는 이에 따른 세포의 반응에는 다양한 효소 등이 관여하고 있다. 대표적인 신호 전달 현상에서는 특수한 단백질 인산화효소(protein kinase)가 활성화되며, 이에 따라 단백질의 인산화가 유도되어 신호 전달의 개시되는 것으로 알려져 있다.
뉴클레오티드(예를 들어, ATP 또는 ADP)의 결합과 가수분해는 이들의 활성에 중대한 역할을 하고 있으며, 뉴클레오티드 유도체에 표지용 염료를 도입함으로써, 세포 내 신호 전달 현상을 고감도로 관찰할 수 있다.
또한, 본 발명의 표지용 염료를 RNA 간섭작용(RNAi)을 이용한 유전자 발현 현상의 관찰에 이용할 수도 있다.
RNAi는 이중사슬 RNA (dsRNA)를 세포에 도입함으로써, 표적 유전자의 mRNA를 분해하여 발현을 억제하는 것으로서, 설계된 dsRNA를 표지용 염료로 표지함으로써 RNAi 현상을 관찰하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 표지용 염료는 조직 또는 세포 내의 표적 핵산 또는 표적 단백질을 표지할 수 있는 반응성기를 포함함으로써 표적 핵산의 전사 수준 또는 표적 단백질의 발현 수준을 확인하기 위한 염료로서 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
제조예
제조예 1: 화합물 1의 제조
중간체 1 (Journal of Heterocyclic Chemistry,41(1),103-108;2004) 1.0g과 중간체 2 (Organic letters,11(5),1123;2009) 1.7g 및 피리딘 10mL를 반응기에 투입하고, 90℃에서 30분 동안 교반시켰다. 이어서, 반응액을 농축한 후, 실리카겔컬럼크로마토그래피로 화합물 1 0.5g을 분리하여 얻었다(MS (ESI): m/z 495.3 [M-I]+).
제조예 2: 화합물 2의 제조
제조예 1과 동일한 방법으로 중간체 2와 중간체 3을 반응시켜 화합물 2를 제조하였다(MS (ESI): m/z 509.3 [M-I]+).
실험예
상기 제조예 1 및 2에서 얻어진 각각의 화합물에 대하여, 흡수 스펙트럼, 발광 스펙트럼, 몰 흡광계수 및 양자 효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 용매 | λex(nm) | λem(nm) | ε(Lmol-1cm-1) | φ |
| 화합물 1 | PBS | 648 | 672 | 163,000 | 0.045 |
| DMSO | 658 | 683 | 166,000 | 0.211 | |
| 화합물 2 | PBS | 640 | 663 | 195,000 | 0.085 |
| H2O | 640 | 662 | 162,000 | 0.064 | |
| DMSO | 650 | 674 | 197,000 | 0.379 | |
| MeOH | 646 | 670 | 196,000 | 0.175 | |
| CH2Cl2 | 656 | 677 | 228,000 | 0.238 |
상기 표 1에 기재된 바와 같이, 제조예 1 및 제조예 2에 따라 합성된 화합물 1과 화합물 2의 경우, 450nm 이상의 가시광선 및 근적외선의 파장 영역에 있어서 형광 신호를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한, 몰 흡광계수 및 양자 효율 측면에서도 종래의 상용화된 형광 염료에 비해 우수한 것을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
Claims (8)
- 하기의 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물:
[화학식 1]
여기서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴이며,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 황, 산소, 셀레늄, NR3, CR3R4, SiR3R4 및 -CR3=CR4-으로부터 선택되며,
R1은 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C1-C10 알킬, 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C2-C10 헤테로알킬, 폴리알킬렌 옥사이드 및 -L-X 작용기로부터 선택되며,
R2 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C2-C10 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알케닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알키닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알콕시, 치환 또는 비치환된 아릴옥시, 치환 또는 비치환된 C1-C10 할로알킬, 할로겐, 사이아노, 하이드록시, 치환 또는 비치환된 아미노, 치환 또는 비치환된 아마이드, 카바메이트, 설프하이드릴, 나이트로, 카복실, 카복실산염, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬, 4차 암모늄, 인산, 인산염, 케톤(-COR5), 알데하이드, 에스터(-COOR5), 아실클로라이드, 설폰산, 설폰산염 및 -L-X 작용기로부터 선택되며,
R2, R3 또는 R4가 케톤기(-COR5) 또는 에스터기(-COOR5)일 때, R5는 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C2-C10 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알케닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알키닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알콕시, 치환 또는 비치환된 C1-C10 할로알킬 및 치환 또는 비치환된 C1-C10 아미노알킬로부터 선택되며,
-L-X 작용기에 있어서,
L은 탄소, 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 1-20개의 원자, -NHCOO-, -CONH-, -CH2NH-, -CH2NR6-, -COO-, -SO2NH-, -HN-C(=NH)-NH-, -NR6-, -(CH2-CH2-O-)p-, -CH=CH-, -C≡C-, -Ar- 및 -CO-Ar-NR6-으로부터 선택되는 링커이며, R6은 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C6알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C2-C10 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2-C10알케닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10알키닐, 치환 또는 비치환된 C2-C6알콕시 및 치환 또는 비치환된 C1-C6할로알킬로부터 선택되며, Ar은 아릴이며, p는 1내지 100 의 정수이며,
X는 카복실(carboxyl), 숙신이미딜 에스터(succinimidyl ester), 설포-숙신이미딜 에스터(sulfo-succinimidyl ester), 이소티오시아네이트(isothiocyanate), 말레이미드(maleimide), 할로아세트아마이드(haloacetamide), 하이드라자이드(hydrazide), 바이닐설폰(vinylsulphone), 다이클로로트리아진(dichlorotriazine), 포스포라미다이트(phosphoramidite), 알킬 할라이드(alkyl halide), 아실 할라이드(acyl halide), 카보하이드라자이드(carbohydrazide), 하이드록실아민(hydroxylamine), 케톤(ketone), 알카인(alkyne), 아자이드(azide), 지방족 및 방향족 아민(amine), 설포테트라플루오로페닐 에스터(sulfotetrafluorophenyl ester), 설포다이클로로페닐 에스터(sulfodichlorophenyl ester), 카보닐 아자이드(carbonyl azide), 설포닐 클로라이드(sulfonyl chloride), 설포닐 플루오라이드(sulfonyl fluoride), 보론산(boronic acid), 이소시아네이트(isocyanate), 할로겐-치환 트리아진(halogen-substituted triazine), 할로겐-치환 피리딘(halogen-substituted pyridine), 할로겐-치환 다이아진(halogen-substituted diazine), 테트라플루오로페닐 에스터(tetrafluorophenyl ester), 이미도 에스터(imido ester), 아지도나이트로페닐(azidonitrophenyl), 글리옥살(glyoxal) 및 알데하이드로부터 선택되는 반응성기이며,
R2, R3, R4, R5 또는 R6가 치환된 경우, 상기 작용기 내 임의의 탄소 또는 말단 탄소는 설폰산, 설폰산염, 케톤, 알데하이드, 카복실산, 카복실산염, 인산, 인산염, 아실클로라이드, 폴리알킬렌 옥사이드, 4차 암모늄염, 에스터 및 아마이드로부터 선택되는 적어도 하나로 치환될 수 있으며,
T는 Ar1에 포함된 탄소이며,
T와 질소는 서로 결합되어 적어도 하나의 헤테로 원자를 선택적으로 포함하는 치환 또는 비치환된 5 내지 7원자 고리(H)를 형성하며,
n은 0 또는 1 내지 4의 정수이며,
R1이 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C1-C10 알킬, 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C2-C10 헤테로알킬 또는 폴리알킬렌 옥사이드인 경우, 상기 화합물은 적어도 하나의 -L-X 작용기를 포함한다.
- 제1항에 있어서,
n이 1 이상인 경우, 두 R2는 서로 결합하여 -S-, -O-, -Se-, >NR3 및 >SiR3R4 로부터 선택되는 적어도 하나의 헤테로 원자를 선택적으로 포함하는 탄화수소 고리를 형성하는,
시아닌계 화합물.
- 제1항에 있어서,
Ar1 또는 Ar2가 치환된 경우, 상기 작용기 내 임의의 탄소는 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C2-C10 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알케닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알키닐, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알콕시, 치환 또는 비치환된 아릴옥시, 치환 또는 비치환된 C1-C10 할로알킬, 할로겐, 사이아노, 하이드록시, 치환 또는 비치환된 아미노, 치환 또는 비치환된 아마이드, 카바메이트, 설프하이드릴, 나이트로, 카복실, 카복실산염, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬, 4차 암모늄, 인산, 인산염, 케톤(-COR5), 알데하이드, 에스터(-COOR5), 아실클로라이드, 설폰산, 설폰산염 및 -L-X 작용기로부터 선택되는 적어도 하나로 치환된,
시아닌계 화합물.
- 제3항에 있어서,
R1이 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C1-C10 알킬, 설폰산 또는 설폰산염으로 치환된 C2-C10 헤테로알킬 또는 폴리알킬렌 옥사이드인 경우, R2, R3 또는 R4가 -L-X 작용기이거나, Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나는 -L-X 작용기로 치환된,
시아닌계 화합물.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 시아닌계 화합물을 포함하는 생체분자 표지용 염료.
- 제5항에 있어서,
상기 생체분자는 항체, 지질, 단백질, 펩타이드, 탄수화물 및 핵산으로부터 선택되는 적어도 하나인,
생체분자 표지용 염료.
- 제5항에 따른 생체분자 표지용 염료를 포함하는 생체분자 표지용 키트.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 시아닌계 화합물을 포함하는 조영제 조성물.
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