СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ СВОЙСТВ КОНЪЮГАТОВ BODIPY С АМИНОКИСЛОТАМИ
Аннотация
В настоящей работе описан направленный одностадийный синтез двух новых конъюгатов типа аминокислота – борфторидный комплекс дипиррометена (BODIPY), в которых остатки гистидина и тирозина связаны с остовом флуорофора через аминогруппу. Синтезированные вещества были полностью охарактеризованы посредством 1H и 11B спектроскопии ЯМР-, ИК-спектроскопии, времяпролетной масс-спектрометрии с матрично-активированной лазерной десорбцией/ионизацией. Все полученные данные находятся в соответствии с предполагаемыми структурами. Исследуемые конъюгаты BODIPY с аминокислотами были изучены методами спектрофото- и спектрофлуориметрии. Были получены спектры поглощения и испускания веществ в смеси диметилсульфоксид (ДМСО) – буферный раствор (БР) (1:1). Кроме того, был рассчитан ряд фотофизических характеристик конъюгатов, а именно: относительный квантовый выход флуоресценции, молярный коэффициент экстинкции, относительное время жизни возбужденного состояния, константы скорости излучательной и безызлучательной дезактивации. Были получены 3D спектры флуоресценции веществ в смеси ДМСО – БР (1:1). Было проведено спектрофото- и спектрофлуориметрическое титрование флуорофоров. Результаты титрования позволили нам дополнительно подтвердить стехиометрический состав конъюгатов BODIPY с аминокислотами. Был проведен квантовохимический анализ структурных и спектральных свойств веществ в основном состоянии. Результаты квантовохимических расчетов позволили понять природу взаимодействий BODIPY с аминокислотой в конъюгатах. Более того, было обнаружено, что синтезированные конъюгаты BODIPY с аминокислотами обладают высокой растворимостью в полярных растворителях. Таким образом, ряд уникальных свойств объектов настоящего исследования обеспечивает возможность их использования для визуализации как биоактивных макромолекул, так и биохимических процессов в живых клетках.
Литература
Gonçalves M.S.T. Fluorescent labeling of biomolecules with organic probes. Chem. Rev. 2009. V. 109. N 1. P. 190-212. DOI: 10.1021/cr0783840.
Vahrmeijer A.L., Hutteman M., van der Vorst J.R., van de Velde C.J.H., Frangioni J.V. Image-guided cancer surgery using near-infrared fluorescence. Nat. Rev. Clin. Oncol. 2013. V. 10. N 9. P. 507-518. DOI: 10.1038/nrclinonc.2013.123.
Schneckenburger H., Reuter B.W., Schoberth S.M. Fluorescence techniques in biotechnology. Trends Biotechnol. 1985. V. 3. N 10. P. 257-261. DOI: 10.1016/0167-7799(85)90025-3.
Wood T.E., Thompson A. Advances in the chemistry of dipyrrins and their complexes. Chem. Rev. 2007. V. 107. N 5. P. 1831-1861. DOI: 10.1021/cr050052c.
Loudet A., Burgess K. BODIPY dyes and their derivatives: Syntheses and spectroscopic properties. Chem. Rev. 2007. V. 107. N 11. P. 4891-4932. DOI: 10.1021/cr078381n.
Kowada T., Maeda H., Kikuchi K. BODIPY-based probes for the fluorescence imaging of biomolecules in living cells. Chem. Soc. Rev. 2015. V. 44. N 14. P. 4953-4972. DOI: 10.1039/C5CS00030K.
Lavis L.D., Raines R.T. Bright ideas for chemical biology. ACS Chem. Biol. 2008. V. 3. N 3. P. 142-155. DOI: 10.1021/cb700248m.
Krueger A.T., Imperiali B. Fluorescent amino acids: Modular building blocks for the assembly of new tools for chemical biology. Chem.BioChem. 2013. V. 14. N 7. P. 788-799. DOI: 10.1002/cbic.201300079.
Marfin Yu.S., Solomonov A.V., Timin A.S., Rumyantsev E.V. Recent advances of individual BODIPY and BOD-IPY-based functional materials in medical diagnostics and treatment. Curr. Med. Chem. 2017. V. 24. N 25. P. 2745-2772. DOI: 10.2174/0929867324666170601092327.
Guzow K., Kornowska K., Wiczk W. Synthesis and photophysical properties of a new amino acid possessing a BODIPY moiety. Tetrahed. Lett. 2009. V. 50. N 24. P. 2908-2910. DOI: 10.1016/j.tetlet.2009.03.195.
Mendive-Tapia L., Zhao C., Akram A.R., Preciado S., Albericio F., Lee M., Serrels A., Kielland N., Read N.D., Lavilla R., Vendrell M. Spacer-free BODIPY fluorogens in antimicrobial peptides for direct imaging of fungal in-fection in human tissue. Nat. Commun. 2016. V. 7. Article number: 10940. DOI: 10.1038/ncomms10940.
Ksenofontova K.V., Ksenofontov A.A., Khodov I.A., Rumyantsev E.V. Novel BODIPY-conjugated amino acids: Synthesis and spectral properties. J. Mol. Liq. 2019. V. 283. P. 695-703. DOI: 10.1016/j.molliq.2019.03.148.
Dziuba D., Jurkiewicz P., Cebecauer M., Hof M., Hocek M. A rotational BODIPY nucleotide: An environment-sensitive fluorescence-lifetime probe for DNA interactions and applications in live-cell microscopy. Angew. Chemie Int. Ed. 2016. V. 55. N 1. P. 174-178. DOI: 10.1002/anie.201507922.
Seo T. S., Bai X., Kim D. H., Meng Q., Shi Sh., Ruparel H., Li Z., Turro N. J., Ju J. Four-color DNA sequencing by synthesis on a chip using photocleavable fluorescent nucleotides. Proc. Natl. Acad. Sci. 2005. V. 102. N 17. P. 5926-5931. DOI: 10.1073/pnas.0501965102.
Boldyrev I.A., Zhai X., Momsen M.M., Brockman H.L., Brown R.E., Molotkovsky J.G. New BODIPY lipid probes for fluorescence studies of membranes. J. Lipid Res. 2007. V. 48. N 7. P. 1518-1532. DOI: 10.1194/jlr.M600459-JLR200.
Li Z., Mintzer E., Bittman R. First synthesis of free cholesterol-BODIPY conjugates. J. Org. Chem. 2006. V. 71. N 4. P. 1718-1721. DOI: 10.1021/jo052029x.
Marks D.L., Bittman R., Pagano R.E. Use of Bodipylabeled sphingolipid and cholesterol analogs to examine membrane microdomains in cells. Histochem. Cell Biol. 2008. V. 130. N 5. P. 819-832. DOI: 10.1007/s00418-008-0509-5.
Osati S., Ali H., van Lier J.E. BODIPY-steroid conjugates: Syntheses and biological applications. J. Porphyr. Phthal. 2016. V. 20. N 01n04. P. 61-75. DOI: 10.1142/S1088424616300019.
Malachowska-Ugarte M., Sperduto C., Ermolovich Yu.V., Sauchuk A.L., Jurášek M., Litvinovskaya R.P., Straltsova D., Smolich I., Zhabinskii V.N., Drašar P., Demidchik V., Khripach V.A. Brassinosteroid-BODIPY conjugates: Design, synthesis, and properties. Steroids. 2015. V. 102. P. 53-59. DOI: 10.1016/j.steroids.2015.07.002.
West R., Panagabko C., Atkinson J. Synthesis and characterization of BODIPY-α-tocopherol: A fluorescent form of vitamin E. J. Org. Chem. 2010. V. 75. N 9. P. 2883-2892. DOI: 10.1021/jo100095n.
Rumble J.R. CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press, Taylor & Francis Group, an Informa Group company. 2017. 2560 p.
Fischer M., Georges J. Fluorescence quantum yield of rhodamine 6G in ethanol as a function of concentration using thermal lens spectrometry. Chem. Phys. Lett. 1996. V. 260. N 1-2. P. 115-118. DOI: 10.1016/0009-2614(96)00838-X.
Lakowicz J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. Springer Science+Business Media, LLC. 2006. 954 p.
Du H. Fuh R.‐Ch.A., Li J., Corkan L.A., Lindsey J.S. PhotochemCAD: A computer-aided design and research tool in photochemistry. Photochem. Photobiol. 1998. V. 68. N 2. P. 141-142. DOI: 10.1111/j.1751-1097.1998.tb02480.x.
Dixon J.M., Taniguchi M., Lindsey J.S. PhotochemCAD 2: A refined program with accompanying spectral databases for photochemical calculations. Photochem. Photobiol. 2007. V. 81. N 1. P. 212-213. DOI: 10.1111/j.1751-1097.2005.tb01544.x.
Taniguchi M., Du H., Lindsey J.S. PhotochemCAD 3: Diverse modules for photophysical calculations with multiple spectral databases. Photochem. Photobiol. 2018. V. 94. N 2. P. 277-289. DOI: 10.1111/php.12862.
Strickler S.J., Berg R.A. Relationship between absorption intensity and fluorescence lifetime of molecules. J. Chem. Phys. 1962. V. 37. N 4. P. 814-822. DOI: 10.1063/1.1733166.
Soltzberg L.J., Lor S., Okey-Igwe Nn., Newman R. 3D Fluorescence characterization of synthetic organic dyes. Am. J. Anal. Chem. 2012. V. 3. N 9. P. 622-631. DOI: 10.4236/ajac.2012.39081.
Grigoryan K.R., Shilajyan H.A. Fluorescence 2D and 3D spectra analysis of tryptophan, tyrosine and phenylalanine. Proc. Yerevan State Univ. 2017. V. 51. N 1. P. 3-7.
