インテグリンを標的とした新規な近赤外蛍光DFOアナログ

Novel near-infrared fluorescent integrin-targeted DFO analogue.

• Yunpeng Ye
• Sharon Bloch
• Baogang Xu
• Samuel Achilefu

抄録

デスフェリオキサミン（DFO）は、ストレプトミセス・ピロサス（Streptomyces pilosus）から分離されたシデロフォアであり、キレート療法、核イメージング、抗増殖療法などの幅広い生物医学的応用が期待されています。本研究では、(i)近赤外（NIR）蛍光プローブ-cypate、(ii)インテグリンαβ3受容体（ABIR）-アビッド環状RGDペプチド、(iii)DFO部位であるDFO-cypate-cyclo[RGDfK(abthrob) (1、abthrobはリジン側鎖のcypate共役部位、fはd-フェニルアラニンを表す)からなる新規多機能剤を調製した。化合物１および２つの対照化合物、cypate-cyclo[RGDfK(aboutly)]（２）およびcypate-DFO（３）は、溶液中のジカルボン酸含有cypate足場上の対応する保護されたRGDペプチドcyclo[R(Pbf)GD(OBut)fK]およびDFOのモジュール化されたアセンブリによって合成された。3つの化合物は類似のUV-visおよび発光スペクトル特性を示した。金属結合分析から、DFOは1及び3と同様にFe(III), Al(III), Ga(III)と比較的高い結合親和性を示した。Ga(III)とは対照的に、1と3へのFeの結合は、有意にcypateの蛍光発光を弱め、NIR蛍光カルボシアニンプローブのスペクトル特性を摂動するための効率的な金属介在的なアプローチを示唆している。インビトロでは、1は、2および参照ペプチドcyclo(RGDfV)と同等の高いABIR結合親和性(10(-7)M)を示し、DFOおよびサイパテートモチーフの両方が環状RGDモチーフのABIRとの分子認識を有意に妨げないことを示した。蛍光顕微鏡で観察したところ、1時間後のABIR陽性A549細胞における1および2の内包化は、3およびサイペート単独よりも高いことが示され、ABIRを標的としたRGDモチーフを組み込むことでDFO類似体の細胞内包化を改善できることが示された。これらの知見のアンサンブルは、DFOのキレート特性によってNIR蛍光プローブのスペクトル特性を変調し、受容体特異的ペプチドによるDFOの細胞内送達を可視化するための多機能NIR蛍光ABIRターゲティングDFOアナログの使用を実証している。これらの特徴は、金属イオンによって媒介されるいくつかの分子認識プロセスと同様に、腫瘍のイメージングと治療における1の可能性を探るための戦略を提供する。

Desferrioxamine (DFO), a siderophore initially isolated from Streptomyces pilosus, possesses extraordinary metal binding properties with wide biomedical applications that include chelation therapy, nuclear imaging, and antiproliferation. In this work, we prepared a novel multifunctional agent consisting of (i) a near-infrared (NIR) fluorescent probe-cypate; (ii) an integrin alpha vbeta3 receptor (ABIR)-avid cyclic RGD peptide, and (iii) a DFO moiety, DFO-cypate-cyclo[RGDfK(approximately)] (1, with approximately representing the cypate conjugation site at the side chain of lysine; f is d-phenylalanine). Compound 1 and two control compounds, cypate-cyclo[RGDfK(approximately)] ( 2) and cypate-DFO ( 3), were synthesized by modular assembly of the corresponding protected RGD peptide cyclo[R(Pbf)GD(OBut)fK] and DFO on the dicarboxylic acid-containing cypate scaffold in solution. The three compounds exhibited similar UV-vis and emission spectral properties. Metal binding analysis shows that DFO as well as 1 and 3 exhibited relatively high binding affinity with Fe(III), Al(III), and Ga(III). In contrast to Ga(III), the binding of Fe to 1 and 3 quenched the fluorescence emission of cypate significantly, suggesting an efficient metal-mediated approach to perturb the spectral properties of NIR fluorescent carbocyanine probes. In vitro, 1 showed a high ABIR binding affinity (10 (-7) M) comparable to that of 2 and the reference peptide cyclo(RGDfV), indicating that both DFO and cypate motifs did not interfere significantly with the molecular recognition of the cyclic RGD motif with ABIR. Fluorescence microscopy showed that internalization of 1 and 2 in ABIR-positive A549 cells at 1 h postincubation was higher than 3 and cypate alone, demonstrating that incorporating ABIR-targeting RGD motif could improve cellular internalization of DFO analogues. The ensemble of these findings demonstrate the use of multifunctional NIR fluorescent ABIR-targeting DFO analogues to modulate the spectral properties of the NIR fluorescent probe by the chelating properties of DFO and visualize intracellular delivery of DFO by receptor-specific peptides. These features provide a strategy to explore the potential of 1 in tumor imaging and treatment as well as some molecular recognition processes mediated by metal ions.