KR102846425B1 - Compound based cyanine, labeling dye, kit and contrast medium composition for biomolecule comprising the same - Google Patents
Compound based cyanine, labeling dye, kit and contrast medium composition for biomolecule comprising the sameInfo
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Abstract
본 발명은 신규한 시아닌계 화합물, 이를 포함하는 생체분자 표지용 염료, 키트 및 조영제 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a novel cyanine compound, a dye for labeling biomolecules, a kit, and a contrast agent composition comprising the same.
Description
본 발명은 신규한 시아닌계 화합물, 이를 포함하는 생체분자 표지용 염료, 키트 및 조영제 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a novel cyanine compound, a dye for labeling biomolecules, a kit, and a contrast agent composition comprising the same.
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 생체물질을 형광 염료로 염색하거나, 단백질, 핵산 등의 생체분자에 형광 염료를 표지한 후, 형광신호를 검출할 수 있는 광학장비를 동반하여, 다양한 기법으로 영상화한 자료를 얻고 있다. In the field of biology, fluorescent dyes are used as a means of visualizing biological phenomena at the cellular level, both in vivo and in vitro, or for bioimaging and autopsy of diseased areas. While self-luminous biomolecules such as green fluorescent protein (GFP) exist, generally, biological tissues, cells, and even lower-level biological substances are stained with fluorescent dyes, or biomolecules such as proteins and nucleic acids are labeled with fluorescent dyes. These are then accompanied by optical equipment capable of detecting fluorescent signals, and various imaging techniques are used to obtain data.
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.Mainly used optical analysis equipment includes fluorescence microscopes for cell observation, confocal microscopes, flow cytometry, microarrays, quantitative PCR systems, electrophoresis systems for nucleic acid and protein separation and analysis, and real-time in vivo imaging systems. In addition to these equipment for research purposes, there are also in vitro diagnosis equipment based on nucleic acid and protein diagnostic kits (or biochips) that combine immunoassay techniques or PCR analysis and statistical techniques, and operating tables and endoscopic equipment for image-guided surgery, and equipment for diagnosis and treatment are known. New application areas and equipment with higher levels of resolution and data processing capabilities are continuously being developed.
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.In order to apply fluorescent dyes in the bio field, photobleaching is generally required when they are present in a medium where most biomolecules exist, i.e., an aqueous solution. It is desirable that the material has low bleaching and quenching phenomena, has high molecular extinction coefficient and quantum efficiency, and is stable under various pH conditions.
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. 그러나, 폴리메틴의 길이가 증가함에 따라 시아닌계 염료의 광안정성(photo stability)이 저하되는 문제점이 제기 되고 있다.Although various fluorescent dyes have been utilized in various research fields, fluorescent dyes that satisfy all of the conditions described above in the bio field are rare. Representative structures currently in use include coumarins, cyanines, bodipy, fluoresceins, rhodamines, pyrenes, carbopyronins, oxazines, xanthenes, thioxanthenes, and acridines. Among these, rhodamine derivatives and polymethine cyanine derivatives are particularly prevalent. In particular, cyanine fluorescent dyes are linked to both ends of polymethine by a nitrogen-containing heterocycle, and not only have the structural advantage of being able to realize various fluorescence across the entire visible and near-infrared range from 450 nm to 800 nm by adjusting the length of the polymethine, but also have the optical characteristic of generally having a very high absorption coefficient. However, as the length of the polymethine increases, the problem of the photostability of the cyanine dyes deteriorating has been raised.
따라서, 수용액 내에서 장시간 동안 광안정성을 유지할 수 있는 시아닌계 염료의 개발이 지속적으로 요구되고 있는 상황이다.Therefore, there is a continuous demand for the development of cyanine dyes that can maintain photostability for long periods of time in aqueous solutions.
본 발명은 광학 영상 분야에서 생체분자의 동정을 관찰하기 위하여 광범위하게 사용될 수 있는 신규한 시아닌계 화합물 및 이를 포함하는 생체분자 표지용 염료, 키트 및 조영제를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to provide a novel cyanine compound that can be widely used to observe the identification of biomolecules in the field of optical imaging, and a dye, kit, and contrast agent for labeling biomolecules containing the same.
또한, 본 발명은 수용액 중에서 장시간 동안 광안정성을 유지할 수 있는 신규한 시아닌계 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention aims to provide a novel cyanine compound that can maintain photostability for a long period of time in an aqueous solution.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기의 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물이 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention for solving the above-described technical problem, a cyanine compound represented by the following chemical formula 1 can be provided.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
여기서,Here,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴이며, 상기 Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 플루오란텐(fluoranthene)이며,Ar 1 and Ar 2 are each independently a substituted or unsubstituted aryl or a substituted or unsubstituted heteroaryl, and Ar 1 and at least one of Ar 2 is a substituted or unsubstituted fluoranthene,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 황, 산소, 셀레늄, NR4, CR4R5, SiR4R5 및 -CR4=CR5-으로부터 선택되며,Y 1 and Y 2 are each independently selected from sulfur, oxygen, selenium, NR 4 , CR 4 R 5 , SiR 4 R 5 and -CR 4 =CR 5 -,
R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 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, 설프하이드릴, 나이트로, 카복실, 카복실산염, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬, 4차암모늄, 인산, 인산염, 케톤(-COR6), 알데하이드, 에스터(-COOR6), 아실클로라이드, 설폰산, 설폰산염 및 -L-X 작용기로부터 선택될 수 있다.R 1 to R 5 may each independently be selected from hydrogen, deuterium, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkenyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkynyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkoxy, substituted or unsubstituted aryloxy, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 haloalkyl, halogen, cyano, hydroxy, substituted or unsubstituted amino, substituted or unsubstituted amide, sulfhydryl, nitro, carboxyl, carboxylate, substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, substituted or unsubstituted aralkyl, quaternary ammonium, phosphoric acid, phosphate, ketone (-COR 6 ), aldehyde, ester (-COOR 6 ), acyl chloride, sulfonic acid, sulfonate, and -LX functional group. there is.
케톤기(-COR6) 또는 에스터기(-COOR6)일 때, R6은 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C10 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C10 할로알킬기 및 치환 또는 비치환된 C1-C10 아미노알킬기로부터 선택되며, When it is a ketone group (-COR 6 ) or an ester group (-COOR 6 ), R 6 is selected from a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 haloalkyl group, and a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 aminoalkyl group,
-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, 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. In the -LX functional group, L is a linker selected from 1 to 20 atoms selected from carbon, nitrogen, oxygen and sulfur, -NHCOO-, -CONH-, -CH 2 NH-, -CH 2 NR 6 -, -COO-, -SO 2 NH-, -HN-C(=NH)-NH-, -NR 6 -, -(CH 2 -CH 2 -O-)p-, -CH=CH-, -C≡C-, -Ar- and -CO-Ar-NR 6 -, R 6 is selected from hydrogen, substituted or unsubstituted C 1 -C 6 alkyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkenyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkynyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 6 alkoxy and substituted or unsubstituted C 1 -C 6 haloalkyl, Ar is aryl, and p is 1 to is an integer of 100, and X is carboxyl, succinimidyl ester, sulfo-succinimidyl ester, isothiocyanate, maleimide, haloacetamide, hydrazide, vinylsulphone, dichlorotriazine, phosphoramidite, alkyl halide, acyl halide, carbohydrazide, hydroxylamine, ketone, alkyne, azide, aliphatic and aromatic amine, sulfotetrafluorophenyl ester, sulfodichlorophenyl ester ester), carbonyl azide, sulfonyl chloride, sulfonyl fluoride, boronic acid, isocyanate, halogen-substituted triazine, halogen-substituted pyridine, halogen-substituted diazine, tetrafluorophenyl ester, imido ester, azidonitrophenyl, glyoxal, and aldehyde.
또한, R1, 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, n은 0 또는 1 내지 5의 정수이다.In addition, when R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 or R 6 is substituted, any carbon or terminal carbon in the functional group may be substituted with at least one selected from sulfonic acid, sulfonate, ketone, aldehyde, carboxylic acid, carboxylate, phosphoric acid, phosphate, acyl chloride, polyalkylene oxide, quaternary ammonium salt, ester and amide, and n is 0 or an integer from 1 to 5.
화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물은 대칭 또는 비대칭 골격을 가지고 있으며, 플루오란텐이 결합된 헤테로 고리를 포함한다.The cyanine compound represented by chemical formula 1 has a symmetrical or asymmetrical skeleton and includes a heterocycle to which fluoranthene is bonded.
본 발명의 실시예에 따른 시아닌계 화합물은 플루오란텐이 결합된 헤테로 고리를 대칭 또는 비대칭적으로 포함함에 따라 동일한 길이의 폴리메틴을 가지는 종래의 시아닌계 염료 대비 상대적으로 장파장대에서 형광 신호를 발생시킬 수 있다.The cyanine compound according to an embodiment of the present invention can generate a fluorescence signal in a relatively long wavelength range compared to a conventional cyanine dye having a polymethine of the same length by symmetrically or asymmetrically including a heterocycle to which fluoranthene is bonded.
예를 들어, 시판되는 Cy3 염료와 동일한 길이의 폴리메틴을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 시아닌계 화합물은 시판되는 Cy5 염료와 유사한 파장대에서 형광 신호를 발생시킬 수 있다.For example, a cyanine compound according to one embodiment of the present invention having a polymethine of the same length as a commercially available Cy3 dye can generate a fluorescence signal in a wavelength range similar to a commercially available Cy5 dye.
즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 플루오란텐이 결합된 헤테로 고리를 도입함에 따라 종래의 상용화된 시아닌계 염료 대비 상대적으로 장파장대에서 여기 및 발광이 가능한 바, 유사한 파장대에서 여기 및 발광이 가능한 종래의 상용화된 시아닌계 염료 대비 광안정성을 향상시키는 것이 가능하다.That is, according to various embodiments of the present invention, by introducing a heterocycle to which fluoranthene is bonded, excitation and emission are possible in a relatively long wavelength range compared to conventional commercialized cyanine dyes, and thus, it is possible to improve photostability compared to conventional commercialized cyanine dyes that are capable of excitation and emission in a similar wavelength range.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물을 포함하는 생체분자 표지용 염료가 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, a dye for labeling a biomolecule comprising a cyanine compound represented by chemical formula 1 can be provided.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물을 포함하는 생체분자 표지용 키트가 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, a biomolecule labeling kit comprising a cyanine compound represented by chemical formula 1 can be provided.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물을 포함하는 조영제 조성물이 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, a contrast agent composition comprising a cyanine compound represented by chemical formula 1 can be provided.
본 발명에 따른 신규한 시아닌계 화합물은 헤테로고리에 플루오란텐을 포함하고 있어, 동일한 폴리메틴을 가진 종래의 시아닌계 염료대비, 보다 장파장의 빛의 흡수가 가능하다. 이에 따라 보다 짧은 폴리메틴 구조로, 종래의 시판되는 상대적으로 더 긴 폴리메틴을 가진 시아닌계 염료와 유사한 형광 신호를 구현할 수 있음과 동시에, 상대적으로 광안정성을 향상시킬 수 있다. The novel cyanine compound according to the present invention contains fluoranthene in the heterocycle, enabling absorption of longer wavelength light compared to conventional cyanine dyes with the same polymethine moiety. Accordingly, with a shorter polymethine structure, it is possible to realize a fluorescence signal similar to that of conventional commercially available cyanine dyes with relatively longer polymethine moieties, while at the same time exhibiting relatively improved photostability.
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. To facilitate understanding of the present invention, certain terms are defined herein for convenience. Unless otherwise defined herein, scientific and technical terms used herein may have the meanings commonly understood by those of ordinary skill in the relevant technical field.
또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함할 수 있다.Additionally, unless the context specifically states otherwise, a singular term includes its plural form, and a plural term may also include its singular form.
신규한 시아닌계 화합물Novel cyanine compounds
본 발명의 일 측면에 따르면, 하기의 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물이 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a cyanine compound represented by the following chemical formula 1 can be provided.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴이며, 상기 Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 플루오란텐(fluoranthene)인 대칭 또는 비대칭 골격을 가지고 있다.In the cyanine compound represented by chemical formula 1, Ar 1 and Ar 2 are each independently a substituted or unsubstituted aryl or a substituted or unsubstituted heteroaryl, and Ar 1 and at least one of Ar 2 has a symmetrical or asymmetrical skeleton which is a substituted or unsubstituted fluoranthene.
본 발명의 실시예에 따른 시아닌계 화합물은 플루오란텐이 결합된 헤테로 고리를 대칭 또는 비대칭적으로 포함함에 따라 동일한 길이의 폴리메틴을 가지는 종래의 시아닌계 염료 대비 상대적으로 장파장대에서 형광 신호를 발생시킬 수 있다.The cyanine compound according to an embodiment of the present invention can generate a fluorescence signal in a relatively long wavelength range compared to a conventional cyanine dye having a polymethine of the same length by symmetrically or asymmetrically including a heterocycle to which fluoranthene is bonded.
예를 들어, 시판되는 Cy3 염료와 동일한 길이의 폴리메틴을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 시아닌계 화합물은 시판되는 Cy5 염료와 유사한 파장대에서 형광 신호를 발생시킬 수 있다.For example, a cyanine compound according to one embodiment of the present invention having a polymethine of the same length as a commercially available Cy3 dye can generate a fluorescence signal in a wavelength range similar to a commercially available Cy5 dye.
즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 플루오란텐이 결합된 헤테로 고리를 도입함에 따라 종래의 상용화된 시아닌계 염료 대비 상대적으로 장파장대에서 여기 및 발광이 가능한 바, 유사한 파장대에서 여기 및 발광이 가능한 종래의 상용화된 시아닌계 염료 대비 광안정성을 향상시키는 것이 가능하다.That is, according to various embodiments of the present invention, by introducing a heterocycle to which fluoranthene is bonded, excitation and emission are possible in a relatively long wavelength range compared to conventional commercialized cyanine dyes, and thus, it is possible to improve photostability compared to conventional commercialized cyanine dyes that are capable of excitation and emission in a similar wavelength range.
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 황, 산소, 셀레늄, NR4, CR4R5, SiR4R5 및 -CR4=CR5-으로부터 선택되며,Y 1 and Y 2 are each independently selected from sulfur, oxygen, selenium, NR 4 , CR 4 R 5 , SiR 4 R 5 and -CR 4 =CR 5 -,
R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 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, 설프하이드릴, 나이트로, 카복실, 카복실산염, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬, 4차암모늄, 인산, 인산염, 케톤(-COR6), 알데하이드, 에스터(-COOR6), 아실클로라이드, 설폰산, 설폰산염 및 -L-X 작용기로부터 선택될 수 있다.R 1 to R 5 may each independently be selected from hydrogen, deuterium, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkenyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkynyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkoxy, substituted or unsubstituted aryloxy, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 haloalkyl, halogen, cyano, hydroxy, substituted or unsubstituted amino, substituted or unsubstituted amide, sulfhydryl, nitro, carboxyl, carboxylate, substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, substituted or unsubstituted aralkyl, quaternary ammonium, phosphoric acid, phosphate, ketone (-COR 6 ), aldehyde, ester (-COOR 6 ), acyl chloride, sulfonic acid, sulfonate, and -LX functional group. there is.
Y1 또는 Y2가 CR4R5인 경우, R4 및 R5는 서로 결합하여 4원자, 5원자 또는 6원자 탄화수소 고리를 형성할 수 있다.When Y 1 or Y 2 is CR 4 R 5 , R 4 and R 5 may be combined with each other to form a 4-membered, 5-membered or 6-membered hydrocarbon ring.
본원에서 Ca-Cb 작용기는 a 내지 b 개의 탄소 원자를 갖는 작용기를 의미한다. 예를 들어, Ca-Cb 알킬기는 a 내지 b 개의 탄소 원자를 갖는, 직쇄 알킬기 및 분쇄 알킬기 등을 포함하는 포화 지방족기를 의미한다. 직쇄 또는 분쇄 알킬기는 이의 주쇄에 10개 이하(예를 들어, C1-C10의 직쇄, C3-C10의 분쇄), 바람직하게는 4개 이하, 보다 바람직하게는 3개 이하의 탄소 원자를 가진다. As used herein, the C a -C b functional group refers to a functional group having a to b carbon atoms. For example, the C a -C b alkyl group refers to a saturated aliphatic group including a straight-chain alkyl group and a branched alkyl group having a to b carbon atoms. The straight-chain or branched alkyl group has 10 or fewer carbon atoms in its main chain (e.g., straight chain of C 1 -C 10 , branched chain of C 3 -C 10 ), preferably 4 or fewer, more preferably 3 or fewer.
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.Specifically, alkyl can be methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, s-butyl, i-butyl, t-butyl, pent-1-yl, pent-2-yl, pent-3-yl, 3-methylbut-1-yl, 3-methylbut-2-yl, 2-methylbut-2-yl, 2,2,2-trimethyleth-1-yl, n-hexyl, n-heptyl and n-octyl.
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.Additionally, alkoxy herein refers to both an -O-(alkyl) group and an -O-(unsubstituted cycloalkyl) group, and is a straight-chain or branched hydrocarbon having one or more ether groups and 1 to 10 carbon atoms.
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. Specifically, it includes, but is not limited to, methoxy, ethoxy, propoxy, isopropoxy, n-butoxy, tert-butoxy, sec-butoxy, n-pentoxy, n-hexoxy, 1,2-dimethylbutoxy, cyclopropyloxy, cyclobutyloxy, cyclopentyloxy, cyclohexyloxy, etc.
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.Additionally, halogen herein means fluoro (-F), chloro (-Cl), bromo (-Br), or iodo (-I), and haloalkyl means alkyl substituted with the above-mentioned halogen. For example, halomethyl means methyl (-CH 2 X, -CHX 2 , or -CX 3 ) in which at least one of the hydrogens of the methyl is replaced with a halogen.
본원에서 아르알킬은 아릴이 알킬의 탄소에 치환된 형태의 작용기로서, -(CH2)nAr의 총칭이다. 아르알킬의 예로서, 벤질(-CH2C6H5) 또는 페네틸(-CH2CH2C6H5) 등이 있다.In this application, aralkyl is a functional group in which aryl is substituted on the carbon of alkyl, and is a general term for -(CH 2 ) n Ar. Examples of aralkyl include benzyl (-CH 2 C 6 H 5 ) or phenethyl (-CH 2 CH 2 C 6 H 5 ).
-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, 여기서, R6은 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C6알킬, 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 정수이다.In the -LX functional group, L is a linker selected from 1 to 20 atoms selected from carbon, nitrogen, oxygen and sulfur, -NHCOO-, -CONH-, -CH 2 NH-, -CH 2 NR 6 -, -COO-, -SO 2 NH-, -HN-C(=NH)-NH-, -NR 6 -, -(CH 2 -CH 2 -O- ) p-, -CH=CH-, -C≡C-, -Ar- and -CO-Ar-NR 6 -, wherein, R 6 is selected from hydrogen, substituted or unsubstituted C 1 -C 6 alkyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkenyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkynyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 6 alkoxy and substituted or unsubstituted C 1 -C 6 haloalkyl, Ar is aryl, and p is 1 to It is an integer of 100.
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. X is carboxyl, succinimidyl ester, sulfo-succinimidyl ester, isothiocyanate, maleimide, haloacetamide, hydrazide, vinylsulphone, dichlorotriazine, phosphoramidite, alkyl halide, acyl halide, carbohydrazide, hydroxylamine, ketone, alkyne, azide, aliphatic and aromatic amine, sulfotetrafluorophenyl ester, sulfodichlorophenyl ester, carbonyl A reactive group selected from carbonyl azide, sulfonyl chloride, sulfonyl fluoride, boronic acid, isocyanate, halogen-substituted triazine, halogen-substituted pyridine, halogen-substituted diazine, tetrafluorophenyl ester, imido ester, azidonitrophenyl, glyoxal, and aldehyde.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 시아닌계 화합물은 상술한 반응성기를 통해 타겟 생체분자와 결합하여 표지하는 것이 가능할 수 있다.The cyanine compound according to various embodiments of the present invention may be capable of labeling a target biomolecule by binding to it through the reactive group described above.
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.Here, the reactive groups described above are functional groups that can react with functional groups such as amino groups, imino groups, thiol groups or hydroxyl groups of the target biomolecule, and can form a covalent bond such as an amide bond, an imide bond, a urethane bond, an ester bond or a guanidine bond between the cyanine compound and the target biomolecule.
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.In addition, the reactive group (X) can alleviate steric hindrance between a biomolecule and a cyanine compound by being bound to the main skeleton of the cyanine compound via a linker (L), thereby improving the labeling rate for biomolecules such as nucleic acids, proteins, and carbohydrates having complex structures.
또한, R1, 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, n은 0 또는 1 내지 5의 정수이다. In addition, when R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 or R 6 is substituted, any carbon or terminal carbon in the functional group may be substituted with at least one selected from sulfonic acid, sulfonate, ketone, aldehyde, carboxylic acid, carboxylate, phosphoric acid, phosphate, acyl chloride, polyalkylene oxide, quaternary ammonium salt, ester and amide, and n is 0 or an integer from 1 to 5.
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.Here, the polyalkylene oxide includes polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), polyethylene glycol-polypropylene glycol (PEG-PPG) copolymers, and N-substituted methacrylamide-containing polymers and copolymers as water-soluble polymer functional groups.
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.Here, the polyalkylene oxide may be further substituted as needed within the range where the properties of the polymer are maintained. For example, the substitution may be a chemical bond to increase or decrease the chemical or biological stability of the polymer. As a specific example, any carbon or terminal carbon in the polyalkylene oxide may be substituted with hydroxy, alkyl ether (methyl ether, ethyl ether, propyl ether, etc.), carboxylmethyl ether, carboxyethyl ether, benzyl ether, dibenzylmethylene ether, or dimethylamine. In one embodiment, the polyalkylene oxide may be a polyalkylene oxide terminated with methyl ether (mPEG), wherein mPEG is represented by the chemical formula -(CH 2 CH 2 O) n CH 3 , and the size of mPEG may vary depending on the size of n corresponding to the number of ethylene glycol repeating units.
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.In addition, the cyanine compound represented by Chemical Formula 1 may have a structure further including a counter ion. The counter ion may be an organic or inorganic anion and may be appropriately selected in consideration of the solubility and stability of the cyanine compound.
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.Examples of counter ions of the cyanine compound according to one embodiment of the present invention include inorganic acid anions such as phosphoric acid hexafluoride ion, halogen ion, phosphoric acid ion, perchlorate ion, periodate ion, antimony hexafluoride ion, tartaric acid hexafluoride ion, fluoroboric acid ion, and tetrafluoride ion; and organic acid ions such as thiocyanate ion, benzenesulfonic acid ion, naphthalenesulfonic acid ion, p-toluenesulfonic acid ion, alkylsulfonic acid ion, benzenecarboxylic acid ion, alkylcarboxylic acid ion, trihaloalkylcarboxylic acid ion, alkylsulfonic acid ion, trihaloalkylsulfonic acid ion, and nicotinic acid ion. In addition, metal compound ions such as bisphenylditol, thiobisphenol chelate, and bisdiol-α-diketone, metal ions such as sodium and potassium, and quaternary ammonium salts can also be selected as counter ions.
화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물에 있어서, n이 1 이상일 때, 인접한 두 R3은 서로 결합하여 탄화수소 고리를 형성할 수 있다. 이 때, 탄화수소 고리는 4원자, 5원자 또는 6원자 고리일 수 있으며, -S-, -O-, -Se-, >NR4 및 >SiR4R5 로부터 선택되는 적어도 하나의 헤테로 원자를 선택적으로 포함할 수 있다.In the cyanine compound represented by chemical formula 1, when n is 1 or more, two adjacent R 3 can combine with each other to form a hydrocarbon ring. At this time, the hydrocarbon ring can be a 4-membered, 5-membered, or 6-membered ring, and can optionally include at least one heteroatom selected from -S-, -O-, -Se-, >NR 4 , and >SiR 4 R 5 .
또한, Ar1 또는 Ar2가 치환된 경우, 상기 작용기 내 임의의 탄소는 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 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, 설프하이드릴, 나이트로, 카복실, 카복실산염, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬, 4차암모늄, 인산, 인산염, 케톤(-COR6), 알데하이드, 에스터(-COOR6), 아실클로라이드, 설폰산, 설폰산염 및 -L-X 작용기로부터 선택되는 적어도 하나로 치환될 수 있다.In addition, when Ar 1 or Ar 2 is substituted, any carbon in the functional group is deuterium, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkenyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkynyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkoxy, substituted or unsubstituted aryloxy, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 haloalkyl, halogen, cyano, hydroxy, substituted or unsubstituted amino, substituted or unsubstituted amide, sulfhydryl, nitro, carboxyl, carboxylate, substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, substituted or unsubstituted aralkyl, quaternary ammonium, phosphoric acid, phosphate, ketone (-COR 6 ), aldehyde, ester (-COOR 6 ), acyl chloride, sulfonic acid, sulfonate, and -Can be substituted with at least one selected from the LX functional group.
보다 구체적으로, 화학식 1로 표시되는 시아닌계 화합물은 하기의 화학식 2 내지 화학식 6으로 표시될 수 있다.More specifically, the cyanine compound represented by Chemical Formula 1 can be represented by Chemical Formulas 2 to 6 below.
[화학식 2][Chemical Formula 2]
[화학식 3][Chemical Formula 3]
[화학식 4][Chemical Formula 4]
[화학식 5][Chemical Formula 5]
[화학식 6][Chemical Formula 6]
여기서, R11 내지 R26은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 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, 설프하이드릴, 나이트로, 카복실, 카복실산염, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬, 4차암모늄, 인산, 인산염, 케톤(-COR6), 알데하이드, 에스터(-COOR6), 아실클로라이드, 설폰산, 설폰산염 및 -L-X 작용기로부터 선택되며, Y3은 황, 산소, 셀레늄, NR4, CR4R5, SiR4R5 또는 -CR4=CR5-이다.Here, R 11 to R 26 are each independently hydrogen, deuterium, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkenyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkynyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkoxy, substituted or unsubstituted aryloxy, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 haloalkyl, halogen, cyano, hydroxy, substituted or unsubstituted amino, substituted or unsubstituted amide, sulfhydryl, nitro, carboxyl, carboxylate, substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, substituted or unsubstituted aralkyl, quaternary ammonium, phosphoric acid, phosphate, ketone (-COR 6 ), aldehyde, ester (-COOR 6 ), acyl chloride, sulfonic acid, sulfonate, and -LX is selected from functional groups, wherein Y 3 is sulfur, oxygen, selenium, NR 4 , CR 4 R 5 , SiR 4 R 5 or -CR 4 =CR 5 -.
상기 화학식 1 내지 화학식 6으로 표시되는 화합물의 구체적인 예는 다음과 같다.Specific examples of the compounds represented by the chemical formulas 1 to 6 are as follows.
[화합물 1][Compound 1]
[화합물 2][Compound 2]
[화합물 3][Compound 3]
[화합물 4][Compound 4]
[화합물 5][Compound 5]
[화합물 6][Compound 6]
[화합물 7][Compound 7]
[화합물 8][Compound 8]
[화합물 9][Compound 9]
[화합물 10][Compound 10]
[화합물 11][Compound 11]
[화합물 12][Compound 12]
[화합물 13][Compound 13]
[화합물 14][Compound 14]
[화합물 15][Compound 15]
[화합물 16][Compound 16]
[화합물 17][Compound 17]
[화합물 18][Compound 18]
[화합물 19][Compound 19]
[화합물 20][Compound 20]
[화합물 21][Compound 21]
[화합물 22][Compound 22]
[화합물 23][Compound 23]
[화합물 24][Compound 24]
[화합물 25][Compound 25]
[화합물 26][Compound 26]
[화합물 27][Compound 27]
[화합물 28][Compound 28]
[화합물 29][Compound 29]
[화합물 30][Compound 30]
[화합물 31][Compound 31]
[화합물 32][Compound 32]
[화합물 33][Compound 33]
[화합물 34][Compound 34]
[화합물 35][Compound 35]
[화합물 36][Compound 36]
본 발명의 다양한 실시예에 따른 시아닌계 화합물의 여기 및 발광 특성은 발색단에 해당하는 폴리메틴 구조와 이의 양단에 대칭 또는 비대칭적으로 결합된 플루오란텐이 결합된 헤테로 고리에 의해 결정되는 것으로서, 화학식 1 내지 화학식 6에 표시되는 화합물에 도입된 반응기의 종류와 무관하게 본 발명에서 의도하는 시아닌계 화합물의 여기 및 발광 특성은 유지될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.The excitation and luminescence properties of the cyanine compounds according to various embodiments of the present invention are determined by a polymethine structure corresponding to a chromophore and a heterocycle having fluoranthene bonded symmetrically or asymmetrically to both ends thereof. It should be understood that the excitation and luminescence properties of the cyanine compounds intended in the present invention can be maintained regardless of the type of reactive group introduced into the compounds represented by Chemical Formulas 1 to 6.
본원에서 개시된 화학식 1 내지 화학식 6으로 표시되는 시아닌계 화합물의 타겟이 되는 생체분자는 항체, 지질, 단백질, 펩타이드, 탄수화물, 핵산(뉴클레오타이드 포함)로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.The biomolecule that is the target of the cyanine compound represented by Chemical Formula 1 to Chemical Formula 6 disclosed herein may be at least one selected from antibodies, lipids, proteins, peptides, carbohydrates, and nucleic acids (including nucleotides).
지질의 구체적인 예로는 지방산(fatty acids), 인지질(phospholipids), 리포폴리당류(lipopolysaccharides) 등이 있으며, 탄수화물의 구체적인 예로는 단당류, 이당류, 다당류(예를 들어, 덱스트란)을 포함한다.Specific examples of lipids include fatty acids, phospholipids, and lipopolysaccharides, while specific examples of carbohydrates include monosaccharides, disaccharides, and polysaccharides (e.g., dextrans).
이 때, 생체분자는 화학식 1 내지 화학식 6으로 표시되는 시아닌계 화합물의 임의의 작용기 또는 화학식 1 내지 화학식 6으로 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.At this time, the biomolecule may include at least one selected from amino, sulfhydryl, carbonyl, hydroxyl, carboxyl, phosphate, and thiophosphate as a functional group for reacting with any functional group of the cyanine compound represented by Chemical Formulas 1 to 6 or a reactive group bonded to the cyanine compound represented by Chemical Formulas 1 to 6, or may have a derivative form thereof.
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.Additionally, the biomolecule may be an oxy or deoxy polynucleic acid comprising at least one selected from amino, sulfhydryl, carbonyl, hydroxyl, carboxyl, phosphate and thiophosphate or having a derivative form thereof.
아울러, 생체분자 이외에 화학식 1 내지 화학식 6으로 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.In addition, in addition to biomolecules, the cyanine compounds represented by Chemical Formulas 1 to 6 can be used to label drugs, hormones (including receptor ligands), receptors, enzymes or enzyme substrates, cells, cell membranes, toxins, microorganisms or nanobiomaterials (such as polystyrene microspheres) containing at least one selected from amino, sulfhydryl, carbonyl, hydroxyl, carboxyl, phosphate and thiophosphate.
생체분자 표지용 염료, 키트 및 조영제 조성물Dyes, kits and contrast agent compositions for biomolecule labeling
본 발명의 다른 측면에 따르면, 화학식 1 내지 화학식 6으로 표시되는 시아닌계 화합물로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 생체분자 표지용 염료, 키트 및 조영제 조성물이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a dye, kit and contrast agent composition for biomolecule labeling can be provided, the dye, kit and contrast agent composition including at least one selected from the cyanine compounds represented by Chemical Formulas 1 to 6.
또한, 필요에 따라, 생체분자 표지용 키트는 타겟 생체분자와의 반응을 위한 효소, 용매(완충액 등) 및 기타 시약 등을 더 포함할 수 있다.Additionally, if necessary, the biomolecule labeling kit may further include enzymes, solvents (buffers, etc.), and other reagents for reaction with target biomolecules.
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.Here, a buffer selected from the group consisting of a phosphate buffer, a carbonate buffer, and a Tris buffer, an organic solvent selected from dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dichloromethane, methanol, ethanol, and acetonitrile, or water can be used as a solvent, and it is possible to control the solubility by introducing various functional groups to the cyanine compound depending on the type of solvent.
또한, 상기 실시예에 따른 조영제 조성물은 경구 또는 비경구 방식으로 투여되기 위해 화학식 1 내지 화학식 6으로 표시되는 시아닌계 화합물 외에 약학적으로 허용하는 담체를 더 포함할 수 있다. In addition, the contrast agent composition according to the above embodiment may further include a pharmaceutically acceptable carrier in addition to the cyanine compound represented by Chemical Formula 1 to Chemical Formula 6 for oral or parenteral administration.
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.Specific examples of pharmaceutically acceptable carriers include lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, starch, gum acacia, calcium phosphate, alginate, gelatin, calcium silicate, microcrystalline cellulose, polyvinylpyrrolidone, cellulose, water, syrup, methyl cellulose, methyl hydroxybenzoate, propyl hydroxybenzoate, talc, magnesium stearate, and mineral oil.
이하에서는 상술한 생체분자 표지용 염료 또는 생체분자 표지용 키트를 이용한 생체분자의 검출 방법에 대하여 설명하도록 한다.Below, a method for detecting a biomolecule using the biomolecule labeling dye or biomolecule labeling kit described above will be described.
생체분자 표지용 염료를 이용한 생체분자의 검출 방법Method for detecting biomolecules using biomolecule labeling dyes
화학식 1 내지 화학식 6으로 표시되는 시아닌계 화합물로 생체분자를 표지하는 방법으로는 표지된 고체 또는 반고체 상태의 생체분자의 형광을 측정하는 검출 방법이 가능한 모든 생체분자의 검출에 적용될 수 있다.The method of labeling a biomolecule with a cyanine compound represented by Chemical Formula 1 to Chemical Formula 6 can be applied to the detection of all biomolecules by a detection method that measures the fluorescence of the labeled solid or semi-solid state biomolecule.
종래의 형광 염료 대신 시아닌계 화합물을 사용함으로써, 고감도로 화학적으로 안정적이고 조작성이 뛰어난 검출 방법을 제공할 수 있다.By using cyanine compounds instead of conventional fluorescent dyes, a highly sensitive, chemically stable, and highly operable detection method can be provided.
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.According to various embodiments of the present invention, a method of labeling a biomolecule by directly reacting a cyanine-based compound with the target biomolecule or a method of labeling by reacting a target biomolecule with a probe labeled with a cyanine-based compound can be implemented.
또한, 타겟 생체분자의 종류에 따라 시아닌계 화합물에 적절한 반응성기를 도입함으로써 타겟-특이적 상호작용을 이용한 생체분자의 검출 방법이 구현될 수도 있다.Additionally, a method for detecting biomolecules using target-specific interactions can be implemented by introducing an appropriate reactive group into a cyanine compound depending on the type of target biomolecule.
아울러, 시아닌계 화합물로 표지한 생체분자를 전기영동을 통해 동정하는 방법이 구현될 수도 있다.In addition, a method for identifying biomolecules labeled with cyanine compounds through electrophoresis may be implemented.
DNA 마이크로어레이법DNA microarray method
DNA 마이크로 어레이법은 검출해야 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.The DNA microarray method labels the target nucleic acid to be detected by reacting it with a dye, prepares a single-chain probe nucleic acid having a complementary base sequence to the target nucleic acid, and hybridizes the single-chain denatured target nucleic acid and the probe nucleic acid on a substrate to measure the fluorescence of the target nucleic acid.
본 검출 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.In the present detection method, as the probe nucleic acid fixed to the substrate, when investigating the expression of a gene, a library of cDNA such as cDNA, a library of genomes, or a nucleic acid prepared by amplification by PCR using the entire genome as a template can be used.
또한, 유전자의 변이 등을 조사하는 경우, 표준이 되는 이미 알려진 서열을 근거로 하여, 변이 등에 대응하는 여러가지 올리고뉴클레오티드를 합성한 것을 사용할 수 있다.In addition, when investigating genetic mutations, etc., various oligonucleotides that correspond to mutations, etc. can be synthesized and used based on a known sequence that serves as a standard.
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.The method for fixing probe nucleic acids to a substrate can be selected according to the type of nucleic acid and the type of substrate. For example, a method can be used to electrostatically bind DNA to a cation-treated substrate, such as polylysine, by utilizing the charge of the DNA.
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.Meanwhile, a target nucleic acid labeled with a labeling dye is prepared by mixing and reacting a single-stranded target nucleic acid with a labeling dye. The reaction temperature is preferably room temperature to 60°C, and the reaction time is preferably 2 to 48 hours.
이어서, 표지된 표적 핵산을 기판 위에 점적하고, 혼성화한다.Next, the labeled target nucleic acid is spotted onto the substrate and hybridized.
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.Hybridization is preferably performed at room temperature to 70°C for 2 to 48 hours. Through hybridization, a target nucleic acid with a complementary base sequence to the probe nucleic acid selectively binds to the probe nucleic acid. The substrate is then washed and dried at room temperature.
이어서, 건조한 기판 표면의 형광강도를 형광 레이저 스캐너법에 의해 측정한다. 형광강도에 의해 유전자 발현의 레벨을 모니터링할 수 있다.Next, the fluorescence intensity of the dry substrate surface is measured using a fluorescence laser scanner. The level of gene expression can be monitored based on the fluorescence intensity.
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.Meanwhile, although the above hybridization has been described with respect to a method of fixing a probe nucleic acid to a substrate, a method of fixing a target nucleic acid labeled with a dye in advance to a substrate and spotting the probe nucleic acid on the substrate may also be used.
PCR 법PCR method
PCR법은, 검출해야 할 표적 핵산의 염기서열에 상보적인 프로브를 염료로 표지하고, 표적 핵산의 증폭에 앞서 혹은 증폭시킨 후에 표적 핵산과 프로브를 반응시켜, 표적 핵산의 형광을 측정한다.The PCR method labels a probe complementary to the base sequence of the target nucleic acid to be detected with a dye, reacts the target nucleic acid with the probe before or after amplification of the target nucleic acid, and measures the fluorescence of the target nucleic acid.
구체적으로는 표적 핵산의 신장반응은 효소(DNA 중합효소polymerase, 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. Specifically, the elongation reaction of the target nucleic acid is carried out by an enzyme (DNA polymerase, RNA polymerase), and at this time, the enzyme recognizes the double-stranded nucleic acid sequence formed by the target nucleic acid and the primer composed of oligonucleotides, and the elongation reaction is carried out from this recognized position, amplifying only the target gene region.
효소가 합성을 할 때, 뉴클레오티드(dNTP, NTP)를 원료로 하여 합성반응이 이루어진다.When an enzyme synthesizes, the synthetic reaction takes place using nucleotides (dNTP, NTP) as raw materials.
이 때 통상의 뉴클레오티드(dNTP, NTP)에 염료를 가지는 뉴클레오티드를 임의의 비율로 혼합하면, 그 비율의 염료가 도입된 핵산을 합성할 수 있다. At this time, if a nucleotide having a dye is mixed with a normal nucleotide (dNTP, NTP) at an arbitrary ratio, a nucleic acid with a dye introduced at that ratio can be synthesized.
또한, PCR에 의해 임의의 비율로 아미노기를 가지는 뉴클레오티드를 도입한 후에 표지용 염료를 결합하여, 표지용 염료가 도입된 핵산을 합성할 수도 있다.Additionally, by introducing nucleotides having amino groups at an arbitrary ratio by PCR and then combining a labeling dye, a nucleic acid with a labeling dye introduced can be synthesized.
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.When an enzyme synthesizes, the synthesis reaction takes place using nucleotides as raw materials. If the OH of the 3' nucleotide is changed to H, the nucleic acid elongation reaction no longer takes place and the reaction ends at that point.
이 뉴클레오티드, ddNTP (dideoxy nucleotide triphospate)는 터미네이터라고 불린다.This nucleotide, ddNTP (dideoxy nucleotide triphospate), is called a terminator.
통상의 뉴클레오티드에 터미네이터를 섞어 핵산을 합성하면, 일정한 확율로 터미네이터가 도입되어 반응이 종료하기 때문에, 여러가지 길이의 핵산이 합성된다. When synthesizing nucleic acids by mixing terminators into regular nucleotides, the terminators are introduced with a certain probability and the reaction is terminated, so nucleic acids of various lengths are synthesized.
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.When this is separated by size using gel electrophoresis, the DNA is arranged in order of length. Here, if each type of base of the terminator is labeled with a different labeling dye, a tendency dependent on each base is observed at the end point (3' end) of the synthetic reaction, and by reading the fluorescence information starting from the labeling dye labeled on the terminator, the base sequence information of the target nucleic acid can be obtained.
또한, 터미네이터 대신에 미리 표지용 염료로 표지한 프라이머를 사용하여 표적 핵산과 혼성화할 수도 있다.Additionally, a primer labeled with a pre-labeled dye instead of a terminator can be used to hybridize with the target nucleic acid.
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.PNA (peptide nucleic acid) can also be used as a probe. PNA replaces the pentose-phosphate backbone of nucleic acids with a polyamide backbone made up of glycine units. Its three-dimensional structure closely resembles that of nucleic acids, and it binds very specifically and strongly to nucleic acids with complementary base sequences. This allows it to be used not only in conventional DNA analysis methods such as ISH (in-situ hybridization), but also as a reagent for telomere research by applying it to telomere PNA probes.
검출에는 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.Detection can be performed, for example, by contacting double-stranded DNA with PNA, which has a base sequence complementary to all or part of the base sequence of the DNA and is labeled with a labeling dye, to hybridize, heating the mixture to produce single-stranded DNA, slowly cooling the mixture to room temperature to prepare a PNA-DNA complex, and measuring its fluorescence.
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.The above example describes a method of amplifying a target nucleic acid by PCR and measuring the fluorescence of the product. However, in this method, it is necessary to confirm the size of the product by electrophoresis and then measure the fluorescence intensity to investigate the amount of the amplified product.
이를 위해, 형광염료의 에너지 트랜스퍼를 이용하고, PCR법의 생성물에 혼성화시킴으로써 형광이 발생하도록 고안된 프로브를 사용하여, 실시간으로 생성물의 양을 측정할 수도 있다. To this end, the amount of product can be measured in real time using a probe designed to generate fluorescence by utilizing the energy transfer of a fluorescent dye and hybridizing it to the product of the PCR method.
예를 들어, 도너와 억셉터를 표지한 DNA를 사용할 수 있다. 구체적인 검출 방법으로는 특정 서열의 핵산의 존재를 확인하는 분자비콘법이나 TaqMan-PCR법이나 사이클링 프로브(cycling probe)법 등을 들 수 있다.For example, labeled DNA for donors and acceptors can be used. Specific detection methods include molecular beacon methods, TaqMan-PCR, and cycling probe methods, which identify the presence of specific nucleic acid sequences.
또한, 단백질을 검출대상으로 하는 경우, 전기영동 후의 단백질의 검출에는 염색염료가 사용되고 있다.Additionally, when proteins are the target of detection, dyes are used to detect proteins after electrophoresis.
통상, 전기영동 후의 겔 안에 염색염료 예를 들어, CBB(Coomassie Brilliant Blue)를 침투시켜 단백질을 염색하고, UV를 조사하여 발광시키는 방법이 사용된다. Typically, a method is used to stain proteins by penetrating a dye, such as Coomassie Brilliant Blue (CBB), into the gel after electrophoresis and then irradiating it with UV light to cause it to glow.
다만, 종래의 염색 염료를 사용하는 방법은 간단하지만, 감도가 100ng 정도로 낮아, 미량의 단백질 검출에는 적합하지 않다. 또한, 겔을 통하여 염색염료를 침투시키기 때문에, 염색에 많은 시간을 요한다는 문제도 있다.However, while the conventional method using dyes is simple, its sensitivity is low, at around 100 ng, making it unsuitable for detecting trace amounts of protein. Furthermore, because the dyes must penetrate through the gel, the staining process requires a significant amount of time.
이에 대하여, 본 발명에서는 단백질을 전기영동에 의해 크기 분리한 후, 분리한 단백질에 표지용 염료를 결합시킴으로써 단백질을 표지한다.In this regard, in the present invention, proteins are labeled by separating proteins by size through electrophoresis and then binding a labeling dye to the separated proteins.
본 발명의 표지용 염료는 반응성기를 가지고 있으며, 단백질과 빠르게 정량적으로 반응하고, 더욱이 고감도이어서, 미량의 단백질 검출에 적합하다. 더욱이, 크기 분리한 단백질을 질량 분석하여 동정(同定)할 수도 있다.The labeling dye of the present invention possesses a reactive group, reacts rapidly and quantitatively with proteins, and exhibits high sensitivity, making it suitable for detecting trace amounts of proteins. Furthermore, size-separated proteins can be identified by mass spectrometry.
여기서, 단백질에는 알부민, 글로불린, 글루테린, 히스톤, 프로타민, 그리고 콜라겐 등의 단순 단백질, 핵단백질, 당단백질, 리보단백질, 인단백질, 금속단백질 등의 복합 단백질 중 어느 것이든 검출대상으로 할 수 있다.Here, any of the simple proteins such as albumin, globulin, glutelin, histone, protamine, and collagen, and complex proteins such as nucleoprotein, glycoprotein, riboprotein, phosphoprotein, and metalloprotein can be detected.
예를 들어, 인단백질, 당단백질, 총단백질의 염색염료에 대응시켜 3종의 표지용 염료를 사용하고, 2차원 전기영동으로 분리한 단백질 시료에 있어서, 인단백질, 당단백질 및 총단백질을 염색할 수 있다.For example, three types of labeling dyes are used to correspond to the staining dyes of phosphoprotein, glycoprotein, and total protein, and in a protein sample separated by two-dimensional electrophoresis, phosphoprotein, glycoprotein, and total protein can be stained.
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.Additionally, since proteins can be identified by mass spectrometry such as TOF-Mass, it can be applied to the diagnosis and treatment of diseases such as cancer or viral infections that produce specific proteins.
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. Collagen is a protein that constitutes the connective tissue of animals and has a unique fibrous structure. It is composed of three polypeptide chains, and these peptide chains assemble to form three-stranded chains. Collagen is generally a protein with very low immunogenicity and is widely used in fields such as food, cosmetics, and pharmaceuticals.
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 검출할 수 있다.Aptamers can also be used as probes. Aptamers are composed of oligonucleotides and can assume various characteristic three-dimensional structures depending on their base sequence. Therefore, they can bind to any biomolecule, including proteins, through their three-dimensional structures. This property can be exploited by binding aptamers labeled with a dye to a specific protein, allowing the subject to be indirectly detected from changes in fluorescence resulting from structural changes in the protein upon binding to the subject.
기타 검출 방법Other detection methods
또한, 본 발명의 표지용 염료를 특이결합을 사용한 생체분자의 검출 방법에도 사용할 수 있다.In addition, the labeling dye of the present invention can also be used in a method for detecting biomolecules using specific binding.
즉, 생체분자로 이루어지는 피검체 또는 수식물질에 의해 수식된 이 피검체의 검출에 있어, 피검체에 특이적으로 결합하는 결합 물질 또는 수식 물질에 특이적으로 결합하는 결합물질 중 하나를, 표지용 염료로 표지하고, 표지된 결합물질로부터의 형광을 측정할 수 있다.That is, in detecting a subject composed of a biomolecule or a subject modified by a modifier, one of the binding substances that specifically bind to the subject or the binding substances that specifically bind to the modifier can be labeled with a labeling dye, and fluorescence from the labeled binding substance can be measured.
여기서, 상기 피검체 또는 수식물질과 상기 결합물질의 조합에는, 항원-항체, 합텐-항합텐 항체, 비오틴-아비딘, Tag-항 Tag항체, 렉틴-당단백질 또는 호르몬-수용체를 사용할 수 있다.Here, the combination of the subject or the modifier and the binding material may use antigen-antibody, hapten-antihapten antibody, biotin-avidin, Tag-anti Tag antibody, lectin-glycoprotein or hormone-receptor.
구체적으로는 기판, 용액, 비즈 또는 항체에 존재하는 항원에 대하여 표지용 염료로 표지한 항체 등의 결합 물질을 반응시켜, 항체의 항원 특이적 상호작용을 통해 특정 항원을 검출할 수 있다.Specifically, a binding substance such as an antibody labeled with a labeling dye is reacted with an antigen present in a substrate, solution, bead, or antibody, so that a specific antigen can be detected through antigen-specific interaction of the antibody.
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.Antigens can include proteins, polysaccharides, nucleic acids, and peptides. In addition to antigens, haptens such as low-molecular-weight molecules such as FITC or dinitrophenyl groups can also be used. At this time, combinations of antigens (or haptens) and antibodies include GFP and anti-GFP antibodies, and FITC and anti-FITC antibodies.
표지된 항원들은 면역염색, ELISA, 웨스턴 블롯팅(Western blotting), 플로우 사이토미트리(Flow cytometry) 등의 각종 측정방법에 사용할 수 있다.Labeled antigens can be used in various measurement methods such as immunostaining, ELISA, Western blotting, and flow cytometry.
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.Furthermore, the labeling dye of the present invention can be used to observe intracellular signaling phenomena. Various enzymes are involved in internal signaling and the resulting cellular responses. A representative signaling phenomenon is known to involve the activation of specific protein kinases, which induce protein phosphorylation and initiate signaling.
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.The binding and hydrolysis of nucleotides (e.g., ATP or ADP) play a crucial role in their activity, and by introducing a labeling dye into a nucleotide derivative, intracellular signaling phenomena can be observed with high sensitivity.
또한, 본 발명의 표지용 염료를 RNA 간섭작용(RNAi)을 이용한 유전자 발현 현상의 관찰에 이용할 수도 있다.Additionally, the labeling dye of the present invention can be used to observe gene expression phenomena using RNA interference (RNAi).
RNAi는 이중사슬 RNA(dsRNA)를 세포에 도입함으로써, 표적 유전자의 mRNA를 분해하여 발현을 억제하는 것으로서, 설계된 dsRNA를 표지용 염료로 표지함으로써 RNAi 현상을 관찰하는 것이 가능하다.RNAi is a method of suppressing expression by degrading the mRNA of a target gene by introducing double-stranded RNA (dsRNA) into cells. It is possible to observe the RNAi phenomenon by labeling the designed dsRNA with a labeling dye.
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.In addition, the labeling dye of the present invention can be used as a dye for confirming the transcription level of a target nucleic acid or the expression level of a target protein by including a reactive group capable of labeling a target nucleic acid or a target protein in a tissue or cell.
제조예Manufacturing example
제조예 1: 화합물 1의 제조Manufacturing Example 1: Preparation of Compound 1
중간체 1-1 (한국공개특허공보 제10-2012-0020818호, Journal of the American Chemical Society, 1998, vol. 120, # 26, p. 6621 - 6622 및 유럽공개특허공보 제2006289호 참조) 2.0g과 1,3-프로판설톤 2.2g 및 설폴란 20mL를 반응기에 투입하고 140℃에서 36시간 동안 교반시켰다. 반응액을 상온으로 냉각한 다음, 아이소프로필알콜을 투입하고, 여과하여 중간체 1-2 2.3g을 얻었다.Intermediate 1-1 (2.0 g), 1,3-propanesultone (2.2 g), and sulfolane (20 mL) were added to a reactor and stirred at 140°C for 36 hours. The reaction mixture was cooled to room temperature, isopropyl alcohol was added, and the mixture was filtered to obtain 2.3 g of Intermediate 1-2.
중간체 1-2 2.3g과 다이페닐포름아미딘 3.4g 및 아세트산 69mL를 반응기에 투입하고 18시간 동안 환류 교반시켰다. 반응액을 상온으로 냉각한 후, EA를 투입하고 여과하여 중간체 1-3 2.5g을 얻었다.2.3 g of intermediate 1-2, 3.4 g of diphenylformamidine, and 69 mL of acetic acid were added to a reactor and stirred under reflux for 18 hours. After the reaction solution was cooled to room temperature, EA was added and filtered to obtain 2.5 g of intermediate 1-3.
중간체 1-3 0.3g과 중간체 1-4 (Tetrahedron letters,48(33),5825;2007) 0.2g, 트리에틸아민 0.2g, 아세트산무수물 0.2g, N,N-다이메틸포름아마이드 9mL를 반응기에 투입하고, 상온에서 4시간 동안 교반시켰다. 이어서, 반응액에 에틸아세테이트를 투입하고 여과한 다음 ODS컬럼크로마토그래피로 분리하여 화합물 1 30mg을 얻었다(MS (ESI): m/z 953.2).0.3 g of intermediate 1-3, 0.2 g of intermediate 1-4 (Tetrahedron letters, 48(33), 5825; 2007), 0.2 g of triethylamine, 0.2 g of acetic anhydride, and 9 mL of N,N-dimethylformamide were added to a reactor and stirred at room temperature for 4 hours. Then, ethyl acetate was added to the reaction solution, filtered, and separated by ODS column chromatography to obtain 30 mg of compound 1 (MS (ESI): m/z 953.2).
제조예 2: 화합물 2의 제조Manufacturing Example 2: Preparation of Compound 2
제조예 1과 동일한 방법으로 중간체 1-3과 중간체 1-5 (Bioorganic and medicinal chemistry letters,22(2),1242;2012)를 반응시켜 화합물 2를 제조하였다(MS (ESI): m/z 874.2).Compound 2 was prepared by reacting intermediate 1-3 and intermediate 1-5 (Bioorganic and medicinal chemistry letters, 22(2), 1242; 2012) in the same manner as in Manufacturing Example 1 (MS (ESI): m/z 874.2).
제조예 3: 화합물 3의 제조Manufacturing Example 3: Preparation of Compound 3
제조예 1과 동일한 방법으로 중간체 1-6과 중간체 1-7를 반응시켜 화합물 3를 제조하였다(MS (ESI): m/z 605.3).Compound 3 was prepared by reacting intermediates 1-6 and 1-7 in the same manner as in Manufacturing Example 1 (MS (ESI): m/z 605.3).
실험예Experimental example
상기 제조예 1 내지 3에서 얻어진 각각의 화합물에 대하여, 흡수 스펙트럼, 발광 스펙트럼, 몰 흡광계수 및 양자 효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.For each compound obtained in the above manufacturing examples 1 to 3, the absorption spectrum, emission spectrum, molar extinction coefficient, and quantum efficiency were measured and are shown in Table 1 below.
상기 표 1에 기재된 바와 같이, 제조예 1 내지 제조예 3에 따라 합성된 화합물 1, 화합물 2 및 화합물 3의 경우, 플루오란텐이 결합된 헤테로 고리를 대칭 또는 비대칭적으로 포함하고 있다.As described in Table 1 above, Compound 1, Compound 2 and Compound 3 synthesized according to Preparation Examples 1 to 3 contain a heterocycle to which fluoranthene is bonded, either symmetrically or asymmetrically.
이 때, 화합물 1, 화합물 2 및 화합물 3에 있어서 발색단(색원체)에 해당하는 폴리메틴의 길이는 시판되는 Cy3 염료에서의 폴리메틴의 길이와 동일함에도 불구하고, 여기 및 발광이 일어나는 파장대는 시판되는 Cy5 염료와 유사한 것으로 확인할 수 있다.At this time, it can be confirmed that the wavelength at which excitation and emission occur is similar to that of the commercially available Cy5 dye, although the length of the polymethine corresponding to the chromophore (chromogen) in compounds 1, 2, and 3 is the same as that of the commercially available Cy3 dye.
즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 플루오란텐이 결합된 헤테로 고리를 도입함에 따라 단순한 인돌 구조를 가지는 시아닌계 화합물에 비해 상대적으로 장파장대에서 여기 및 발광이 가능하기 때문에 장파장대에서의 여기 및 발광을 위해 폴리메틴의 길이를 늘림으로써 구조적 불안정성을 야기할 필요가 없다.That is, according to various embodiments of the present invention, since excitation and emission are possible in a relatively long wavelength range compared to a cyanine compound having a simple indole structure by introducing a heterocycle to which fluoranthene is bonded, there is no need to cause structural instability by increasing the length of polymethine for excitation and emission in a long wavelength range.
상기 실시예에서는 화합물 1, 화합물 2 및 화합물 3의 경우에 한하여 여기 및 발광이 일어나는 파장대를 확인하였으나, 화학식 1 내지 화학식 6으로 표시되는 시아닌계 화합물 역시 플루오란텐이 결합된 헤테로 고리 구조가 도입됨에 따라 폴리메틴의 길이로부터 예상되는 여기 및 발광 파장대보다 장파장대에서의 형광 특성을 나타낼 것으로 충분히 예상 가능하다.In the above examples, the wavelength ranges where excitation and emission occur were confirmed only for compounds 1, 2, and 3, but it is also quite possible to predict that the cyanine compounds represented by chemical formulas 1 to 6 will exhibit fluorescence characteristics in a longer wavelength range than the excitation and emission wavelength ranges expected from the length of polymethine, as a heterocyclic structure to which fluoranthene is bonded is introduced.
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.Above, one embodiment of the present invention has been described, but a person having ordinary skill in the art will be able to modify and change the present invention in various ways by adding, changing, deleting or adding components, etc., within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims, and this will also be considered to be included within the scope of the rights of the present invention.
Claims (8)
[화학식 1]
여기서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐, 치환 또는 비치환된 나프틸, 치환 또는 비치환된 플루오렌, 치환 또는 비치환된 플루오란텐, 치환 또는 비치환된 카바졸, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란, 치환 또는 비치환된 디벤조싸이오펜이며, 상기 Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 플루오란텐(fluoranthene)이며,
Ar1 또는 Ar2가 치환된 경우, 상기 작용기 내 임의의 탄소는 중수소, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10 알케닐, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10 알키닐, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10 알콕시, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C6-C24 아릴옥시, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C1-C10 할로알킬, 할로겐, 사이아노, 하이드록시, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 아미노, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 아마이드, 설프하이드릴, 나이트로, 카복실, 카복실산염, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C6-C24 아릴, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C5-C23 헤테로아릴, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 아르알킬, 4차 암모늄, 인산, 인산염, 케톤(-COR6), 알데하이드, 에스터(-COOR6), 아실클로라이드, 설폰산, 설폰산염 및 -L-X 작용기로부터 선택되는 적어도 하나로 치환되며,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 황, 산소 및 CR4R5로부터 선택되며,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 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, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬, 및 -L-X 작용기로부터 선택되며,
R3은 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 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, 치환 또는 비치환된 아미노, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬 또는 -L-X 작용기이며,
R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 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, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬 및 -L-X 작용기로부터 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, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C1-C6알킬, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10알케닐, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10알키닐, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C6알콕시 및 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C1-C6할로알킬로부터 선택되며, Ar은 아릴이며, p는 1 내지 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,
n은 0 또는 1 내지 5의 정수이며,
상기 아릴은 단일 고리이거나, 서로 접합 또는 공유 결합으로 연결된 2 내지 4개의 고리를 포함하는 불포화 방향족성 고리이며,
상기 헤테로아릴은 상기 아릴 내 하나 이상의 탄소 원자가 헤테로 원자로 치환된 불포화 방향족성 고리이며,
상기 헤테로 원자는 질소(N), 산소(O) 및 황(S)을 포함하는 비-탄소 원자로부터 선택되며,
상기 치환기는 설폰산, 설폰산염, 케톤, 알데하이드, 카복실산, 카복실산염, 인산, 인산염, 아실클로라이드, 하이드록시, 폴리알킬렌 옥사이드, 4차 암모늄염, C6-C24 아릴, 에스터 및 아마이드로부터 선택되며, 여기서, 폴리알킬렌 옥사이드는 메틸 에터로 종결되며, 에틸렌 글라이콜을 반복 단위로서 포함한다.
A cyanine compound represented by the following chemical formula 1:
[Chemical Formula 1]
Here,
Ar 1 and Ar 2 are each independently a substituted or unsubstituted phenyl, a substituted or unsubstituted naphthyl, a substituted or unsubstituted fluorene, a substituted or unsubstituted fluoranthene, a substituted or unsubstituted carbazole, a substituted or unsubstituted dibenzofuran, or a substituted or unsubstituted dibenzothiophene, wherein Ar 1 and at least one of Ar 2 is a substituted or unsubstituted fluoranthene,
When Ar 1 or Ar 2 is substituted, any carbon in the functional group is deuterium, C 1 -C 10 alkyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkenyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkynyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkoxy substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 6 -C 24 aryloxy substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 1 -C 10 haloalkyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, halogen, cyano, hydroxy, amino substituted or unsubstituted with at least one substituent, amide substituted or unsubstituted with at least one substituent, sulfhydryl, nitro, carboxyl, carboxylate, C 6 -C 24 aryl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 5 -C 23 heteroaryl, aralkyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, quaternary ammonium, phosphoric acid, phosphate, ketone (-COR 6 ), aldehyde, ester (-COOR 6 ), acyl chloride, sulfonic acid, sulfonate and -LX functional group,
Y 1 and Y 2 are each independently selected from sulfur, oxygen and CR 4 R 5 ,
R 1 and R 2 are each independently selected from hydrogen, deuterium, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkenyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkynyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkoxy, substituted or unsubstituted aryloxy, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 haloalkyl, substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, substituted or unsubstituted aralkyl, and -LX functional group,
R 3 is hydrogen, deuterium, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkenyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkynyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkoxy, substituted or unsubstituted aryloxy, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 haloalkyl, halogen, substituted or unsubstituted amino, substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, substituted or unsubstituted aralkyl or -LX functional group,
R 4 and R 5 are each independently selected from hydrogen, deuterium, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkenyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkynyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkoxy, substituted or unsubstituted aryloxy, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 haloalkyl, substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, substituted or unsubstituted aralkyl and -LX functional group,
In the -LX functional group, L is a linker selected from 1 to 20 atoms selected from carbon, nitrogen, oxygen and sulfur, -NHCOO-, -CONH-, -CH 2 NH-, -CH 2 NR 6 -, -COO-, -SO 2 NH-, -HN-C(=NH)-NH-, -NR 6 -, -(CH 2 -CH 2 -O-)p-, -CH=CH-, -C≡C-, -Ar- and -CO-Ar-NR 6 -, and R 6 is hydrogen, C 1 -C 6 alkyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkenyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkynyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 6 alkoxy substituted or unsubstituted with at least one substituent and C 1 -C 6 substituted or unsubstituted with at least one substituent. is selected from haloalkyl, Ar is aryl, p is an integer from 1 to 100, X is carboxyl, succinimidyl ester, sulfo-succinimidyl ester, isothiocyanate, maleimide, haloacetamide, hydrazide, vinylsulphone, dichlorotriazine, phosphoramidite, alkyl halide, acyl halide, carbohydrazide, hydroxylamine, ketone, alkyne, azide, aliphatic and aromatic amine, sulfotetrafluorophenyl ester ester), sulfodichlorophenyl ester, carbonyl azide, sulfonyl chloride, sulfonyl fluoride, boronic acid, isocyanate, halogen-substituted triazine, halogen-substituted pyridine, halogen-substituted diazine, tetrafluorophenyl ester, imido ester, azidonitrophenyl, glyoxal, and aldehyde.
n is 0 or an integer from 1 to 5,
The above aryl is a single ring or an unsaturated aromatic ring containing 2 to 4 rings connected to each other by fusion or covalent bonds,
The above heteroaryl is an unsaturated aromatic ring in which one or more carbon atoms in the aryl are replaced with a heteroatom,
The above heteroatom is selected from non-carbon atoms including nitrogen (N), oxygen (O) and sulfur (S),
The above substituents are selected from sulfonic acid, sulfonate, ketone, aldehyde, carboxylic acid, carboxylate, phosphoric acid, phosphate, acyl chloride, hydroxy, polyalkylene oxide, quaternary ammonium salt, C6 - C24 aryl, ester and amide, wherein the polyalkylene oxide is terminated with methyl ether and contains ethylene glycol as a repeating unit.
[화학식 1]
여기서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐, 치환 또는 비치환된 나프틸, 치환 또는 비치환된 플루오렌, 치환 또는 비치환된 플루오란텐, 치환 또는 비치환된 카바졸, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란, 치환 또는 비치환된 디벤조싸이오펜이며, 상기 Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 플루오란텐(fluoranthene)이며,
Ar1 또는 Ar2가 치환된 경우, 상기 작용기 내 임의의 탄소는 중수소, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10 알케닐, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10 알키닐, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10 알콕시, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C6-C24 아릴옥시, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C1-C10 할로알킬, 할로겐, 사이아노, 하이드록시, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 아미노, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 아마이드, 설프하이드릴, 나이트로, 카복실, 카복실산염, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C6-C24 아릴, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C5-C23 헤테로아릴, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 아르알킬, 4차 암모늄, 인산, 인산염, 케톤(-COR6), 알데하이드, 에스터(-COOR6), 아실클로라이드, 설폰산, 설폰산염 및 -L-X 작용기로부터 선택되는 적어도 하나로 치환되며,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 황, 산소 및 CR4R5로부터 선택되며,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 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, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬, 및 -L-X 작용기로부터 선택되며,
R3은 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 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, 치환 또는 비치환된 아미노, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬 또는 -L-X 작용기이며,
R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 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, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬 및 -L-X 작용기로부터 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, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C1-C6알킬, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10알케닐, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10알키닐, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C6알콕시 및 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C1-C6할로알킬로부터 선택되며, Ar은 아릴이며, p는 1 내지 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,
n은 1 내지 5의 정수이며
인접한 두 R3는 서로 결합하여 적어도 하나의 헤테로 원자를 선택적으로 포함하는 4원자 내지 6원자 탄화수소 고리를 형성하며,
상기 아릴은 단일 고리이거나, 서로 접합 또는 공유 결합으로 연결된 2 내지 4개의 고리를 포함하는 불포화 방향족성 고리이며,
상기 헤테로아릴은 상기 아릴 내 하나 이상의 탄소 원자가 헤테로 원자로 치환된 불포화 방향족성 고리이며,
상기 헤테로 원자는 질소(N), 산소(O) 및 황(S)을 포함하는 비-탄소 원자로부터 선택되며,
상기 치환기는 설폰산, 설폰산염, 케톤, 알데하이드, 카복실산, 카복실산염, 인산, 인산염, 아실클로라이드, 하이드록시, 폴리알킬렌 옥사이드, 4차 암모늄염, C6-C24 아릴, 에스터 및 아마이드로부터 선택되며, 여기서, 폴리알킬렌 옥사이드는 메틸 에터로 종결되며, 에틸렌 글라이콜을 반복 단위로서 포함한다.
A cyanine compound represented by the following chemical formula 1:
[Chemical Formula 1]
Here,
Ar 1 and Ar 2 are each independently a substituted or unsubstituted phenyl, a substituted or unsubstituted naphthyl, a substituted or unsubstituted fluorene, a substituted or unsubstituted fluoranthene, a substituted or unsubstituted carbazole, a substituted or unsubstituted dibenzofuran, or a substituted or unsubstituted dibenzothiophene, wherein Ar 1 and at least one of Ar 2 is a substituted or unsubstituted fluoranthene,
When Ar 1 or Ar 2 is substituted, any carbon in the functional group is deuterium, C 1 -C 10 alkyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkenyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkynyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkoxy substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 6 -C 24 aryloxy substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 1 -C 10 haloalkyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, halogen, cyano, hydroxy, amino substituted or unsubstituted with at least one substituent, amide substituted or unsubstituted with at least one substituent, sulfhydryl, nitro, carboxyl, carboxylate, C 6 -C 24 aryl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 5 -C 23 heteroaryl, aralkyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, quaternary ammonium, phosphoric acid, phosphate, ketone (-COR 6 ), aldehyde, ester (-COOR 6 ), acyl chloride, sulfonic acid, sulfonate and -LX functional group,
Y 1 and Y 2 are each independently selected from sulfur, oxygen and CR 4 R 5 ,
R 1 and R 2 are each independently selected from hydrogen, deuterium, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkenyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkynyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkoxy, substituted or unsubstituted aryloxy, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 haloalkyl, substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, substituted or unsubstituted aralkyl, and -LX functional group,
R 3 is hydrogen, deuterium, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkenyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkynyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkoxy, substituted or unsubstituted aryloxy, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 haloalkyl, halogen, substituted or unsubstituted amino, substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, substituted or unsubstituted aralkyl or -LX functional group,
R 4 and R 5 are each independently selected from hydrogen, deuterium, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkenyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkynyl, substituted or unsubstituted C 2 -C 10 alkoxy, substituted or unsubstituted aryloxy, substituted or unsubstituted C 1 -C 10 haloalkyl, substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, substituted or unsubstituted aralkyl and -LX functional group,
In the -LX functional group, L is a linker selected from 1-20 atoms selected from carbon, nitrogen, oxygen and sulfur, -NHCOO-, -CONH-, -CH 2 NH-, -CH 2 NR 6 -, -COO-, -SO 2 NH-, -HN-C(=NH)-NH-, -NR 6 -, -(CH 2 -CH 2 -O-) p -, -CH=CH-, -C≡C-, -Ar- and -CO-Ar-NR 6 -, and R 6 is hydrogen, C 1 -C 6 alkyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkenyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkynyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 6 alkoxy substituted or unsubstituted with at least one substituent and C 1 -C 6 substituted or unsubstituted with at least one substituent. is selected from haloalkyl, Ar is aryl, p is an integer from 1 to 100, X is carboxyl, succinimidyl ester, sulfo-succinimidyl ester, isothiocyanate, maleimide, haloacetamide, hydrazide, vinylsulphone, dichlorotriazine, phosphoramidite, alkyl halide, acyl halide, carbohydrazide, hydroxylamine, ketone, alkyne, azide, aliphatic and aromatic amine, sulfotetrafluorophenyl ester ester), sulfodichlorophenyl ester, carbonyl azide, sulfonyl chloride, sulfonyl fluoride, boronic acid, isocyanate, halogen-substituted triazine, halogen-substituted pyridine, halogen-substituted diazine, tetrafluorophenyl ester, imido ester, azidonitrophenyl, glyoxal, and aldehyde.
n is an integer from 1 to 5,
Two adjacent R 3 are bonded to each other to form a 4- to 6-membered hydrocarbon ring optionally containing at least one heteroatom,
The above aryl is a single ring or an unsaturated aromatic ring containing 2 to 4 rings connected to each other by fusion or covalent bonds,
The above heteroaryl is an unsaturated aromatic ring in which one or more carbon atoms in the aryl are replaced with a heteroatom,
The above heteroatom is selected from non-carbon atoms including nitrogen (N), oxygen (O) and sulfur (S),
The above substituents are selected from sulfonic acid, sulfonate, ketone, aldehyde, carboxylic acid, carboxylate, phosphoric acid, phosphate, acyl chloride, hydroxy, polyalkylene oxide, quaternary ammonium salt, C6 - C24 aryl, ester and amide, wherein the polyalkylene oxide is terminated with methyl ether and contains ethylene glycol as a repeating unit.
인접한 두 R3가 서로 결합하여 형성된 고리는 중수소, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10 알케닐, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10 알키닐, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10 알콕시, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C6-C24 아릴옥시, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C1-C10 할로알킬, 할로겐, 사이아노, 하이드록시, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 아미노, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 아마이드, 설프하이드릴, 나이트로, 카복실, 카복실산염, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C6-C24 아릴, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C5-C23 헤테로아릴, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 아르알킬, 4차 암모늄, 인산, 인산염, 옥소(=O), 알데하이드, 에스터(-COOR6), 아실클로라이드, 설폰산, 설폰산염 및 -L-X 작용기로부터 선택되는 적어도 하나로 치환되며,
상기 치환기는 설폰산, 설폰산염, 케톤, 알데하이드, 카복실산, 카복실산염, 인산, 인산염, 아실클로라이드, 하이드록시, 폴리알킬렌 옥사이드, 4차 암모늄염, C6-C24 아릴, 에스터 및 아마이드로부터 선택되며, 여기서, 폴리알킬렌 옥사이드는 메틸 에터로 종결되며, 에틸렌 글라이콜을 반복 단위로서 포함하는,
시아닌계 화합물.
In the second paragraph,
The ring formed by two adjacent R 3s joining together is selected from the group consisting of deuterium, C 1 -C 10 alkyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkenyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkynyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkoxy substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 6 -C 24 aryloxy substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 1 -C 10 haloalkyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, halogen, cyano, hydroxy, amino substituted or unsubstituted with at least one substituent, amide substituted or unsubstituted with at least one substituent, sulfhydryl, nitro, carboxyl, carboxylate, C 6 -C 24 aryl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 5 -C 23 heteroaryl substituted or unsubstituted with at least one substituent, or Substituted with at least one selected from unsubstituted aralkyl, quaternary ammonium, phosphoric acid, phosphate, oxo(=O), aldehyde, ester(-COOR 6 ), acyl chloride, sulfonic acid, sulfonate and -LX functional groups,
The above substituents are selected from sulfonic acid, sulfonate, ketone, aldehyde, carboxylic acid, carboxylate, phosphoric acid, phosphate, acyl chloride, hydroxy, polyalkylene oxide, quaternary ammonium salt, C6 - C24 aryl, ester and amide, wherein the polyalkylene oxide is terminated with methyl ether and contains ethylene glycol as a repeating unit.
Cyanine compounds.
상기 시아닌계 화합물은 하기의 화학식으로 표시되는 화합물로부터 선택되는 적어도 하나인,
시아닌계 화합물:
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
[화학식 6]
여기서,
R11 내지 R26은 수소, 중수소, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10 알케닐, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10 알키닐, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C2-C10 알콕시, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C6-C24 아릴옥시, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C1-C10 할로알킬, 할로겐, 사이아노, 하이드록시, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 아미노, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 아마이드, 설프하이드릴, 나이트로, 카복실, 카복실산염, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C6-C24 아릴, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 C5-C23 헤테로아릴, 적어도 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 아르알킬, 4차암모늄, 인산, 인산염, 케톤(-COR6), 알데하이드, 에스터(-COOR6), 아실클로라이드, 설폰산, 설폰산염 및 -L-X 작용기로부터 선택되며,
상기 치환기는 설폰산, 설폰산염, 케톤, 알데하이드, 카복실산, 카복실산염, 인산, 인산염, 아실클로라이드, 하이드록시, 폴리알킬렌 옥사이드, 4차 암모늄염, C6-C24 아릴, 에스터 및 아마이드로부터 선택되며, 여기서, 폴리알킬렌 옥사이드는 메틸 에터로 종결되며, 에틸렌 글라이콜을 반복 단위로서 포함하며,
Y3은 황, 산소 또는 CR4R5이다.
In claim 1 or 2,
The above cyanine compound is at least one selected from compounds represented by the following chemical formula:
Cyanine compounds:
[Chemical Formula 2]
[Chemical Formula 3]
[Chemical Formula 4]
[Chemical Formula 5]
[Chemical Formula 6]
Here,
R 11 to R 26 are hydrogen, deuterium, C 1 -C 10 alkyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkenyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkynyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 2 -C 10 alkoxy substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 6 -C 24 aryloxy substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 1 -C 10 haloalkyl substituted or unsubstituted with at least one substituent, halogen, cyano, hydroxy, amino substituted or unsubstituted with at least one substituent, amide substituted or unsubstituted with at least one substituent, sulfhydryl, nitro, carboxyl, carboxylate, C 6 -C 24 aryl substituted or unsubstituted with at least one substituent, C 5 -C 23 heteroaryl substituted or unsubstituted with at least one substituent, Selected from substituted or unsubstituted aralkyl, quaternary ammonium, phosphoric acid, phosphate, ketone (-COR 6 ), aldehyde, ester (-COOR 6 ), acyl chloride, sulfonic acid, sulfonate and -LX functional groups,
The above substituents are selected from sulfonic acid, sulfonate, ketone, aldehyde, carboxylic acid, carboxylate, phosphoric acid, phosphate, acyl chloride, hydroxy, polyalkylene oxide, quaternary ammonium salt, C6 - C24 aryl, ester and amide, wherein the polyalkylene oxide is terminated with methyl ether and contains ethylene glycol as a repeating unit,
Y 3 is sulfur, oxygen or CR 4 R 5 .
A dye for labeling a biomolecule comprising a cyanine compound according to claim 1 or 2.
상기 생체분자는 항체, 지질, 단백질, 펩타이드, 탄수화물 및 핵산으로부터 선택되는 적어도 하나인,
생체분자 표지용 염료.
In paragraph 5,
The biomolecule is at least one selected from antibodies, lipids, proteins, peptides, carbohydrates and nucleic acids.
Dyes for labeling biomolecules.
생체분자 표지용 키트.
Containing a dye for biomolecule labeling according to Article 5,
Kit for biomolecule labeling.
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