научная статья по теме Синтез флуоресцентных 3'-карбамоильных производных тимидина Химия

Текст научной статьи на тему «Синтез флуоресцентных 3'-карбамоильных производных тимидина»

m

БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 1995, том 21, № 10, с. 795 - 801

УДК 577.113.3.057

СИНТЕЗ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ З'-КАРБАМОИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ТИМИДИНА

©1995 г. Ю. Г. Боресков, Ю. А. Берлин*

Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и ЮЛ. Овчинникова РАН, ¡17871, Москва„ ГСП-7, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 Поступила в редакцию 13.01.95 г.

Описан синтез ряда флуоресцентных З'-уретанов тимидина путем взаимодействия соответствующего З'-карбонилимидазолида с аминоалкильными производными флуоресцеина, аминофенилбензок-сазола и пирена.

Ключевые слова: флуоресцентные метки, карбонилдиимидазол, уретаны, нуклеозиды.

Цветовая дифференциация фрагментов ДНК с помощью флуоресцентных меток позволяет усовершенствовать многие молекулярно-биоло-гические методы анализа. Наиболее ярко это реализуется в однодорожечном секвенировании ДНК (полосы четырех цветов, отвечающих четырем различным нуклеотидным звеньям, в одной дорожке геля) [ 1 ] и селективной детекции точечных мутаций в медицинской диагностике [2]. Флуоресцентно детектируемые подинуклеотиды могут быть получены в качестве продуктов ДНК-полимеразной достройки 5'-меченых олигонукле-отидных праймеров [3] или же с использованием модифицированных по нуклеозидному остатку сМТР, блокирующих элонгацию цепи ДНК [4].

Меченые сНЧТР-терминаторы обладают рядом преимуществ по сравнению с мечеными прайме-рами. Прежде всего они универсальны, поскольку могут использоваться с любыми немодифици-рованными праймерами. К тому же реакции по-лимеразной достройки с участием нескольких терминаторов, меченных разными красителями, могут проводиться в одной реакционной смеси. Введение репортерных групп в с11ЧТР и праймеры по-разному сказывается на их субстратных свойствах по отношению к полимеразе. В то время как реакционная способность химически модифицированных праймеров практически не меняется, особенно в случае 5'-терминально меченных праймеров, специфичность нерадиоактивно меченных с1КГР значительно снижается. При этом существенное значение могут иметь положение репортерной группы в составе нуклеозидтрифос-фатов и ее свойства. Так, введение даже довольно объемистых заместителей по 5-му положению

Сокращения: FITC - флуоресцеинизотиоцианат, DMT - 4,4'-диметокситритил, DMF - диметилформамид, CDI - карбонилдиимидазол, DMAP - 4-(диметиламино)пиридин, FAB -ионизация ускоренными атомами.

* Автор для переписки.

пиримидина и по 7-му положению пурина все же не препятствует специфическому встраиванию соответствующих дидезоксинуклеотидов некоторыми ДНК~полимеразами в ходе матричной по-лимеразной реакции [5]. Аналогичные данные получены для некоторых производных дезокси-нуклеотидов по З'-гидроксилу [6].

В настоящей работе описываются синтез и спектральные свойства ряда З'-карбамоильных производных тимидина, замещенных по карбамо-ильной группе остатками флуоресцеина, амино-фенилбензоксазола или пирена, как потенциальных терминаторов при полимеразной достройке праймеров. Выбор флуоресцентных меток определялся не только их спектральными характеристиками, но и различной способностью к интерка-ляции в ДНК, что может влиять на субстратные свойства нерадиоактивно меченных (11ЧТР.

Соединения этого типа подобно другим аналогам 2'-дезоксинуклеозидов, модифицированным по З'-положению, интересны не только как реагенты для секвенирования ДНК, но и как потенциальные химиотерапевтические средства с противовирусной или противоопухолевой активностью (см., например, обзор [7]): так, известно, что наличие карбаматной функции способствует проникновению нуклеозидных аналогов через биологические мембраны и во многом определяет их фармакологическую активность [8]. Описана также иммобилизация нуклеозидов с помощью З'-уретановой группы на носителе для твердофазного олигонуклеотидного синтеза [9], однако метод не получил распространения из-за устойчивости этой группы при деблокировании водным аммиаком.

В качестве источника метки при синтезе флуоресцентных производных тимидина мы использовали аминоалкильные производные упомянутых выше красителей с линкерами различной

длины (соединения IX, X, XII, XIV, XVII, XX). Метки на основе флуоресцеина получали двумя путями: из ИТС (смесь 5- и 6-изомеров) и индивидуального 5-аминофлуоресцеина с защищенными гидроксильными группами (соединения V и VI). Так, из реакционной смеси, полученной в результате обработки ИТС М-трифторацетилгексаме-тилендиамином, хроматографически выделили 5-флуоресцеинильное производное (XIII) и после отщепления трифторацетильной группы мягким аммонолизом получили соответствующую ами-ногексилтиомочевину (XIV).

Исходным соединением для второй разновидности меток служил 5-нитрофлуоресцеин (1), полученный наряду с 6-изомером сплавлением резорцина и 4-нитрофталевой кислоты [10] и после ацетилировэния продуктов реакции и дробной кристаллизации выделенный в виде диацетата (Ш). Представлялось целесообразным при дальнейших превращениях сохранить О-ацетильные группы, чтобы снизить вероятность побочных реакций и улучшить растворимость красителя, Однако восстановление диацетата (III) действием Ка28204, ТЮ3 или 5пС12 в значительной степени сопровождалось дезацетилированием, и лишь использование в качестве восстановителя смеси тонкодисперсного алюминия и №С12 • 6Н20 [11] привело с высоким выходом к диацетату аминофлуоресцеи-на (V). Следует отметить, что соответствующий дибензоат (IV) при восстановлении двухлорис-тым оловом сохранял О-защитные группы.

Для введения в молекулу флуоресцеина линкера, содержащего алифатическую аминогруппу, которая предназначена для последующего связы-

вания с нуклеозидом, 5-аминофлуоресцеин с аце-тилированными или бензоилированными гидро-ксилами (соответственно соединения (V) и (VI)) №-ацилировали ¡Ы-Вос-защищенной 6-аминока-проновой кислотой и Вос-группу селективно удаляли смесью муравьиной и трифторуксусной кислот. В результате были получены со-аминоал-кильные производные (IX) и (X), использованные затем для введения остатка флуоресцеина в защищенный тимидин. Обработкой соединения (IX) активированным эфиром б-Р^-Вос-аминокапроновой кислоты с последующим деблокированием получили репортерную группу с удвоенным спейсером (ХП). Аналогично из аминофенилбензоксазола (XV) было получено аминокапроильное производное (XVII). Реагент (XX) для введения пиренильно-го остатка синтезировали путем мон^ацилирова-ния тетраметилендиамина пентафторфениловым эфиром 4-(1-пиренил)масляной кислоты (XIX).

З'-Карбамоильную группировку вводили в молекулу 5'-0-диметокситритилтимидина (XXI), активируя З'-гидроксил с помощью карбониЛди-имидазола. Этот реагент ранее использовался для двухэтапной дериватизации олигонуклеоти-дов [12]: сначала в олигонуклеотид вводили ами-нолинкер, содержащий также функциональные группы (тиольную [13], карбоксильную [14] или дополнительные аминоалкильные [15, 16]), по которым затем вводили репортерные группы. Мы нашли, что если репортерную группу сначала присоединить к аминосодержащему спейсеру, то продукт такого взаимодействия может реагировать непосредственно с активированным З'-гидроксилом; тем самым сводится к минимуму число реакций

(I) К = Н, Я1 =N02, Я2 = Н

(II) Я = Ас, Я' = Н, Я2 = МО;

(III) Я = Ас, Я1 = Ы02, Я2=Н

(IV) я = Вг, Я1 = ш2, я2 = н

(V) я = Ас, я1 = мн2, я2 = н

(VI) я = Вг, я1 = NH2, Я2 = Н

(VII) я = Ас, к1 = ШСО^Н^ШВос, Я2=Н

(VIII) и = Вг, я1 = ННСО(СН2)5ЫНВос, я2 = н

(IX) я = Ас, я1 = ШСО(СН2)5Ш2, Я2 = Н

(X) я = Вг, я1 = ННСО(СН2)5Ш2, я2 = н

(XI) я = Ас, я' = ШСО(СН2)5ШСО(СН2)5Г<НВос, Я2 = Н

(XII) я = Ас, я1 = ШСО(СН2)5ЫНСО(СН2)5НН2, я2 = н

(XIII) я = н, я1 = ШС5Ш(СН2)6ННСОСР.,, Я2 = Н

(XIV) к = н, я1 = МНС81МН(СН2)6МН2, Я2 = Н

(СН2)3СОЯ

(XV) я = н

(XVI) Я = СО(СН2)51ЧНСОСРз

(XVII) Я = СО(СН2)51ЧН2

(XVIII) я = он

(XIX) и = ОС6Б5

(XX) Я = ЫЩСН^Шг

Н,С

ЭМТО

О

ш

гАо

н,с

бю

», И, н +

о

ын

Н^Ч)

оя

(XXI) я = н

(XXII) Я = СОМ

ОСОШ-К'-]^ (ХХШа-д) Я = Н (XXIV) н = соын-к1-112

I = (XIV) (а), (IX) или (X) (б), (XII) (в), (XVII) (г), (XX) (д); и = ЫН4ОН (а - в)

(ХХШг, XXIV)

(ХХШа - в)

-(CH2)6NHCSNH- (а)

И1 -(СН2)5СОГ"Ш- (б)

-(СН2)5СОЫН(СН2)5СОКН- (в)

но. ^

-(СН2)5СОМН-

(ХХТИд) -(СН2)4МНСО(СН2)3-

к2

СООН

Схема.

с участием нуклеозида, который в общем случае является наиболее труднодоступным компонентом.

При З'-модификации защищенного тимидина

(XXI) (схема) его З'-О-карбонилимидазолид (XXII) вводили в реакцию с флуоресцентными метками, содержащими алифатическую аминогруппу. Оказалось, что аминогруппа спейсера, уже модифицированного репортерной группой, менее ре-акционноспособна по отношению к соединению

(XXII), чем такая же группа в составе незамещенного линкера, поэтому для полного протекания реакции потребовался основный растворитель и активатор. Лучшие результаты были получены при использовании пиридина и ОМАР (2 ч при комнатной температуре, 3-кратный избыток имидазо-лида (XXII) по отношению к аминокомпоненту, метод А). При проведении реакции в БМ!7 более эффективным активатором оказался тетразол, однако при этом образуется до 40% побочного продукта (метод Б). В УФ-спектре этого продукта, полученного при реакции в ЬмР З'-О-карбо-нилимидазолида тимидина (XXII) с бензоксазоль-ным производным (XVII), соотношение е320/е260 заметно выше, чем в случае конъюгата (ХХШг) -единственного продукта, образующегося при взаимодействии этих же соединений в пиридине. Это позволило предположить, что побочное вещество (XIV) представляет собой продукт 3',5'-бис-кар-

бамоилирования тимидина, по-видимому, образовавшийся в результате промежуточного 5'-детри-тилирования соединений (XXI) или (XXII) под действием тетразола и 3' —»- 5'-перекарбамоили-рования. Действительно, это вещество было получено из тимидина в результате его последовательной обработки СМ и тем же бензоксазоль-ным производным (XVII). Следует отметить, что ароматические амины с имидазолилкарбонилти-мидином (XXII) практически не реагируют.

Уретаны (ХХШ) были выделены препаративной ТСХ на силикагеле. Их строение было подтверждено с помощью спектральных данных. Масс-спектры дали ожидаемые пики молекулярных ионов (таблица). УФ-спектры (рис. 1 и

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком