क्लिक करने योग्य moieties के साथ मॉड्यूलर बंदी यौगिकों के photochemical गुणों के संश्लेषण और माप के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया है.
पिंजरा यौगिकों उच्च spatiotemporal संकल्प के साथ सेल शरीर क्रिया विज्ञान के फोटो मध्यस्थता हेरफेर सक्षम. हालांकि, वर्तमान में उपलब्ध caging समूहों की सीमित संरचनात्मक विविधता और उनके photolysis क्षमता त्याग के बिना सिंथेटिक संशोधन में कठिनाइयों लाइव सेल के लिए बंदी यौगिकों के प्रदर्शनों का विस्तार करने के लिए बाधाएं हैं अनुप्रयोगों. के रूप में coumarin-प्रकार फोटो-केजिंग समूहों के रासायनिक संशोधन विविध भौतिक और रासायनिक गुणों के साथ बंदी यौगिकों की तैयारी के लिए एक आशाजनक दृष्टिकोण है, हम क्लिक करने योग्य पिंजरा यौगिकों कि संशोधित किया जा सकता के संश्लेषण के लिए एक विधि की रिपोर्ट तांबे के माध्यम से विभिन्न कार्यात्मक इकाइयों के साथ आसानी से (मैं)-catalyzed Huisgen चक्रीकरण. मॉड्यूलर मंच अणु एक (6-ब्रोमो-7-hydroxycoumarin-4-yl) मिथाइल (Bhc) समूह एक फोटो-केजिंग समूह है, जो पारंपरिक 2-नाइट्रोबेन्ज़िल के उन लोगों की तुलना में एक उच्च फोटो अपघटन दक्षता दर्शाती है के रूप में शामिल हैं। amines युक्त क्लिक करने योग्य बंदी यौगिकों की तैयारी के लिए सामान्य प्रक्रियाओं, alcohols, और carboxylates प्रस्तुत कर रहे हैं. अतिरिक्त गुण जैसे पानी घुलनशीलता और सेल लक्ष्यीकरण क्षमता को आसानी से क्लिक करने योग्य पिंजरित यौगिकों में शामिल किया जा सकता है। इसके अलावा, भौतिक और photochemical गुण, photolysis क्वांटम उपज सहित, मापा गया और इसी Bhc बंदी यौगिकों के उन लोगों से बेहतर पाया गया. इसलिए वर्णित प्रोटोकॉल उपलब्ध पिंजरा यौगिकों में संरचनात्मक विविधता की कमी के लिए एक संभावित समाधान माना जा सकता है.
बंदी यौगिकों सिंथेटिक अणुओं जिसका मूल कार्यों को सहसंयोजक रूप से संलग्न फोटो हटाने योग्य सुरक्षा समूहों द्वारा अस्थायी रूप से नकाबपोश कर रहे हैं डिजाइन किए हैं. दिलचस्प बात यह है कि जैविक रूप से संबंधित अणुओं के पिंजरित यौगिक कोशिकीय शरीर क्रिया विज्ञान1,2,3,4,5 के स्थैरिक नियंत्रण के लिए एक अनिवार्य विधि प्रदान करते हैं। ,6. 1977 में, Engels और Schlaeger एक झिल्ली पारगम्य और कैम्प7के photolabile व्युत्पन्न के रूप में कैम्प के 2-nitrobenzyl एस्टर की सूचना दी. अगले वर्ष, Kaplan ATP (एनपीई-एटीपी) के 1-(2-nitrophenyl) एस्टर की सूचना दी और इस परिसर का नाम “कैद” एटीपी8. तब से, फोटोकेमिकल रूप से हटाने योग्य सुरक्षा समूहों की एक श्रृंखला जैसे 2-नाइट्रोबेन्जिल्स, पी-हाइड्रॉक्सीफेनासिल्स9, 2-(2-निट्रोफेनिल)एथिल10, 11,7-नाइट्रोइनोलिन-1-yls12, 13, और (कुमारिन-4-yl)मेथिल14,15,16 का उपयोग पिंजरित यौगिकों की तैयारी के लिए किया गया है।
इस तरह के झिल्ली पारगम्यता, पानी घुलनशीलता, और सेलुलर लक्ष्यीकरण क्षमता के रूप में वांछनीय अतिरिक्त गुणों के साथ पिंजरा यौगिकों के संश्लेषण सेल जैविक अनुप्रयोगों की सुविधा की उम्मीद की जाएगी. चूंकि इन अणुओं के भौतिक और फोटोकेमिकल गुण मुख्य रूप से उन्हें तैयार करने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले फोटोकेमिकल हटाने योग्य सुरक्षा समूहों की रासायनिक संरचना पर निर्भर करते हैं, इसलिए फोटो-केजिंग समूहों की एक विविध प्रदर्शनों की आवश्यकता होती है। हालांकि, वर्तमान में उपलब्ध caging समूहों है कि उच्च photolysis क्षमता प्रदर्शन की संरचनात्मक विविधता सीमित है. यह बंदी यौगिकों के उपयोग को बढ़ाने के लिए एक बाधा हो सकती है।
इस मुद्दे को हल करने के लिए, फोटो-केजिंग समूहों के प्रदर्शनों का विस्तार मौजूदा फोटोरिमोबल रक्षण समूहों के रासायनिक संशोधन या बेहतर फोटोफिजिकल और फोटोकेमिकल गुणों के साथ नए फोटोलेबिल क्रोमोफोर्स के डिजाइन द्वारा किया गया है। उदाहरण ों में शामिल हैं नाइट्रोडीबेन्जोफरन (एनडीबीएफ)17, [3-(4,5-dimethoxy-2-nitrophenyl)-2-butyl] (DMNPB)18,19, एक कैल्शियम के प्रति संवेदनशील 2-नाइट्रोबेन्ज़िल फोटोकैज20, प्रतिस्थापित coumarinylhils (DEAC45021 , डीईएडीसीसीएम22, 7-एज़ेटिटिनिल-4-मेथिलकोमारिन23, और स्टिरिल कूमारिन24, सायनीन डेरिवेटिव्स (साइट-पैन)25, और बोडीपी डेरिवेटिव26,27.
इसके अलावा, हमने पहले (6-ब्रोमो-7-हाइड्रोक्सीकोमारिन-4-yl) मिथाइल (Bhc) समूह विकसित किया और न्यूरोट्रांसमीटर के विभिन्न पिंजरित यौगिकों को सफलतापूर्वक संश्लेषितकिया 28, दूसरा दूत29,30, और ओलिगोन्यूक्लिओटाइड्स31,32,33 बड़े एक और दो-फोटोन उत्तेजना पार वर्गों का प्रदर्शन। यदि अतिरिक्त गुण उनकी photosensitivity समझौता किए बिना caging समूहों में आसानी से स्थापित किया जा सकता है, तो बंदी यौगिकों के प्रदर्शनों का विस्तार किया जा सकताहै 34,35,36, 37,38,39. इसलिए हम मॉड्यूलर पिंजरा यौगिकों कि तीन भागों शामिल डिजाइन, अर्थात् एक फोटो प्रतिक्रियाकोर कोर के रूप में Bhc समूह, अतिरिक्त functionalities की स्थापना के लिए रासायनिक संभालती है, और अणुओं कि नकाबपोश किया जा करने के लिए कर रहे हैं40, 41.
इस प्रकार, यह लेख जैविक रूप से प्रासंगिक अणुओं के पिंजरित यौगिकों की तैयारी के लिए एक व्यावहारिक विधि प्रदान करता है। वर्तमान प्रोटोकॉल फोटो-केजिंग समूहों के लिए एक क्लिक करने योग्य मंच की तैयारी के लिए तरीकों का वर्णन करता है, अतिरिक्त कार्यक्षमताओं की शुरूआत के लिए बंदी यौगिकों के प्रदर्शनों का विस्तार, उनके भौतिक और photochemical की माप गुण, और आगे सेलुलर आवेदन के लिए एक क्लिक करने योग्य बंदी यौगिक के सेल प्रकार चयनात्मक लक्ष्यीकरण.
हमने पहले विभिन्न जैविक रूप से सक्रिय अणुओं के बी सी बंदी यौगिकों का विकास किया जो उच्च प्रकाश-अपघटनी क्षमता28,45,46,47प्रदर्शित करते हैं . Bhc caging समूहों के प्रदर्शनों का विस्तार करने के उद्देश्य से, हम भी मॉड्यूलर पिंजरा यौगिकों कि विभिन्न कार्यात्मक इकाइयों32,40,41की शुरूआत से आसानी से संशोधित किया जा सकता है के प्लेटफार्मों की सूचना दी. वर्तमान प्रोटोकॉल इसलिए Bhc caging समूहों है कि तांबे के माध्यम से संशोधित किया जा सकता है की एक क्लिक करने योग्य अग्रदूत के संश्लेषण के लिए एक विधि का प्रतिनिधित्व करता है (मैं)-catalyzed Huisgen चक्रीकरण. क्लिक करने योग्य अग्रदूत का संश्लेषण, paBhch2OH (2), एक चार कदम प्रतिक्रिया अनुक्रम के माध्यम से प्राप्त किया गया था व्यावसायिक रूप से उपलब्ध 4-bromoresorcinol से शुरू (चित्र 1A) . वर्तमान प्रोटोकॉल का लाभ यह है कि कोई परिश्रमी शुद्धि कदम (उदाहरण के लिए, स्तंभ क्रोमैटोग्राफी जुदाई) की आवश्यकता है।
के रूप में क्लिक करने योग्य अग्रदूत paBhcCH2OH (2) विभिन्न कार्यात्मक समूहों मुखौटा करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, amines के क्लिक करने योग्य पिंजरा यौगिकों, alcohols, और carboxylic एसिड का उपयोग कर संश्लेषित किया गया 2 अग्रदूत के रूप में (चित्र 1B) . Amines उनके carbamates के रूप में संशोधित किया गया है, जबकि शराब उनके कार्बोनेट के रूप में संशोधित किया गया. सामान्य प्रक्रियाओं में 1 और 2, CDI क्लिक करने योग्य carbamates की तैयारी के लिए इस्तेमाल किया गया था, जबकि 4-nitrophenyl क्लोरोफ्लोरेट कार्बोनेट की तैयारी के लिए इस्तेमाल किया गया था. के रूप में प्रतिक्रिया तंत्र द्वारा संकेत दिया, दोनों अभिकर्मकों carbamates और कार्बोनेट की तैयारी के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि वांछित बंदी यौगिक की उपज अणु की रासायनिक संरचना पर निर्भर करता है जिसे बंदी बना दिया गया है। अन्य उदाहरण हमारी पिछली रिपोर्ट28,30,33,48में देखे जा सकते हैं .
क्लिक संशोधन तो रिपोर्ट की गई प्रक्रिया49के एक मामूली संशोधन का उपयोग किया गया था. tris के अलावा (triazolylmethyl) amine आधारित ligands उच्च पैदावार के लिए अच्छा में वांछित उत्पादों को प्राप्त करने के लिए आवश्यक है. चूंकि विभिन्न प्रकार के अज़ीदे आसानी से वाणिज्यिक स्रोतों और साहित्य प्रक्रियाओं से उपलब्ध हैं, इसलिए हम विभिन्न मॉड्यूलर बंदी यौगिकों को अतिरिक्त गुणों जैसे जल विलेयता और सेलुलर लक्ष्यीकरण क्षमता (चित्र 2)के साथ तैयार कर सकते हैं।
इसके बाद प्रकाश-विलाईन की मात्रा को एक रिपोर्ट की गई प्रक्रिया28,50के अनुसार मापा गया . चित्र 3 से पता चलता है कि 2 के फोटोअपिक खपत-glc-paBhcmoc-PTX और PTX की रिहाई क्रमशः एकल-अनुभव क्षय और वृद्धि द्वारा अनुमानित थे, विकिरण या अवांछित माध्यमिक प्रभाव की कोई आंतरिक फ़िल्टरिंग का सुझाव. पूर्व सूचित भcक जबंद यौगिकों की तुलना में क्लिक करने योग्य paBhc बंदी यौगिकों के लिए उन्नत प्रकाश-lysis क्वांटम पैदावार(र्) और प्रकाश-lysis क्षमता (]) देखी गई . 43. चूंकि प्रकाश-lysis दक्षता (] )Bhc बंदी यौगिकों की तुलना में एक सौ गुना अधिक है 2-नाइट्रोबेन्ज़िल-प्रकार के पिंजरित यौगिकों48, paBhccing समूहों की उपस्थिति के कारण चिह्नित सुधार स्पष्ट रूप से है इस प्रणाली के लिए एक लाभ.
एक सबूत के रूप में अवधारणा के प्रयोग के रूप में, एक हाइड्रोफिलिक moiety 2 में पेश किया गया था-paBhcmoc-PTX (4) और एक सेलुलर लक्ष्यीकरण लिगन्ड यौगिक 3 में पेश किया गया था (चित्र 2). 2 डिग्री-glc-paBhcmoc-PTX का जल विलेयता मूल PTX (तालिका 1)की तुलना में 650 गुना अधिक थी। चुनिंदा सेलुलर लक्ष्यीकरण एक टैग-प्रोब प्रणाली का उपयोग कर हासिल किया गया था, और paBhcmoc-hex-FITC/Halo (8) हेलोटैग लिगन्ड असर सफलतापूर्वक सुसंस्कृत स्तनधारी कोशिकाओं की कोशिका झिल्ली को लक्षित किया गया था हेलोटैग / चित्र 4) . एक kinase के subcellular स्थानीयकरण के फोटो-मध्यस्थ मॉडुलन भी एक क्लिक करने योग्य पिंजरा यौगिक 5 का उपयोग कर प्राप्त किया गया था (चित्र 5) .
अंत में, हम सफलतापूर्वक जैविक रूप से दिलचस्प अणुओं है कि इस तरह के पानी घुलनशीलता और एक सेलुलर के रूप में अतिरिक्त गुणों के साथ आसानी से संशोधित किया जा सकता है की फोटो-कैज्ड यौगिकों के लिए क्लिक करने योग्य प्लेटफार्मों की तैयारी के लिए एक विधि का प्रदर्शन किया लक्ष्यीकरण क्षमता. चूंकि paBhc caging समूह संशोधन कार्यात्मक समूहों के साथ किसी भी अणुओं को तैयार करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, वर्तमान प्रोटोकॉल के आवेदन यहाँ वर्णित अणुओं तक ही सीमित नहीं है. एक मॉड्यूलर मंच का उपयोग करना, अर्थात् paBhc caging समूह, वांछित पिंजरा यौगिकों आसानी से तैयार किया जा सकता है, और उनके भौतिक और रासायनिक गुण क्लिक संशोधन के माध्यम से संग्राहक किया जा सकता है.
The authors have nothing to disclose.
यह काम JSPS KAKENHI अनुदान संख्या JP16H01282 (TF), अभिनव क्षेत्रों पर वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए एक अनुदान में सहायता द्वारा समर्थित किया गया था “स्मृति गतिशीलता,” और JP19H05778 (TF), “MolMovies.”
acetonitrile, EP | Nacalai | 00404-75 | |
acetonitrile, super dehydrated | FUJIFILM Wako | 010-22905 | |
Antibiotic-Antimycotic, 100X | Thermo Fisher | 15240062 | |
4-bromoresorcinol | TCI Chemicals | B0654 | |
N,N’-carbonyldiimidazole | FUJIFILM Wako | 034-10491 | |
chloroform | Kanto | 07278-71 | |
Copper (II) Sulfate Pentahydrate, 99.9% | FUJIFILM Wako | 032-12511 | |
dichloromethane, dehydrated | Kanto | 11338-05 | |
N,N'-Diisopropylcarbodiimide (DIPC) | TCI Chemicals | D0254 | |
4-dimethylaminopyridine | TCI Chemicals | D1450 | |
dimethylsulfoxide, dehydrated -super- | Kanto | 10380-05 | |
DMEM – Dulbecco's Modified Eagle Medium | Sigma | D6046-500ML | |
dual light source fluorescence illuminator, IX2-RFAW | Olympus | ||
Ethanol (99.5) | FUJIFILM Wako | 054-07225 | |
Ethyl 4-Chloroacetoacetate | TCI Chemicals | C0911 | |
Ham's F-12 with L-Glutamine and Phenol Red | FUJIFILM Wako | 087-08335 | |
hydrochloric acid | FUJIFILM Wako | 087-01076 | |
inverted fluorescent microscope IX-71 | Olympus | ||
ISOLUTE Phase Separator, 15 mL | Biotage | 120-1906-D | |
L-(+)-Ascorbic Acid Sodium Salt | FUJIFILM Wako | 196-01252 | |
laser scanning fluorescence confocal microscopy, FLUOVIEW FV1200/IX-81 | Olympus | ||
Lipofectamine 2000 Transfection Reagent | Thermo Fisher | 11668027 | lipofection reagent |
3-(N-morpholino)propanesulfonic acid | Dojindo | 345-01804 | MOPS |
4-nitrophenylchloroformate (4-NPC) | TCI Chemicals | C1400 | |
Opti-MEM I Reduced Serum Medium, no phenol red | Thermo Fisher | 11058021 | reduced serum medium contains no phenol red |
1,10‐Phenanthroline Monohydrate | Nacalai | 26707-02 | |
Photochemical reactor with RPR 350 nm lamps | Rayonet | ||
Potassium Trioxalatoferrate (III) trihydrate | FUJIFILM Wako | W01SRM19-5000 | |
Sodium Acetate Trihydrate | Nacalai | 31115-05 | |
Sodium Bicarbonate | FUJIFILM Wako | 199-05985 | |
Sulfuric Acid, 96-98% | FUJIFILM Wako | 190-04675 | |
Tris(3-hydroxypropyltriazolylmethyl)amine (THPTA) | ALDRICH | 762342-100MG | |
tri‐Sodium Citrate Dihydrate | Nacalai | 31404-15 | |
Xenon light source, MAX-303 | Asahi Spectra |