中性骨格を有するミトコンドリア標的蛍光マーカーにおける窒素複素環の応用

The application of nitrogen heterocycles in mitochondrial-targeting fluorescent markers with neutral skeletons.

• Yue Wang
• Bing Xu
• Ru Sun
• Yu-Jie Xu
• Jian-Feng Ge

抄録

ミトコンドリアを標的とするための構造単位をスクリーニングするために、窒素複素環を標的基として含む4種類の中性蛍光マーカー（キノキサリン、1H-ピラゾロ[3,4-b]ピリジン、1H-インダゾール、1H-ピロロ[2,3-b]ピリジン）を設計し、調製した。これらの複素環には、いくつかの古典的な蛍光体(クマリン, 1,8-ナフタルイミド, ナイルレッド)が鈴木カップリング反応を介して連結されていた。クマリン誘導体(色素1a,2a-c)と1,8-ナフタルイミド誘導体(色素3a-c)は青緑色領域で、ナイルレッド誘導体(色素1b,4a-c)は赤色領域で発光した。発光特性や光安定性などの古典的な蛍光体の光学的特性は、新しい色素にも保持されていた。いずれも低い細胞毒性を示した。L929正常細胞とHeLa癌細胞を用いた共焦点蛍光実験では、色素1a-bはミトコンドリアと脂質滴の二重部位を標的としていることが示された。また、色素2a-c、3a-c、4a-cはミトコンドリアを標的としていたが、中性骨格を持つミトコンドリア標的マーカーは数少ない。さらに、N-H結合を有する窒素複素環が、部分中性蛍光体のミトコンドリアターゲティング能力を向上させることができることがわかった。

Four different neutral fluorescent markers containing nitrogen heterocycles (quinoxaline, 1H-pyrazolo[3,4-b]pyridine, 1H-indazole and 1H-pyrrolo[2,3-b]pyridine) as targeting groups were designed and prepared in order to screen out structural units for targeting mitochondria. Several classical fluorophores (coumarin, 1,8-naphthalimide and Nile Red) were connected with these heterocycles via Suzuki coupling reactions. The derivatives of coumarin (dyes 1a and 2a-c) and 1,8-naphthalimide (dyes 3a-c) fluoresced in the blue-green region, while the Nile Red derivatives (dyes 1b and 4a-c) fluoresced in the red light region. The optical properties of the classical fluorophores, such as emission properties and photostability, were retained in the new dyes. All of them showed low cytotoxicity. Confocal fluorescence experiments in L929 normal cells and HeLa cancer cells indicated that dyes 1a-b targeted dual sites of mitochondria and lipid droplets. Moreover, dyes 2a-c, 3a-c and 4a-c targeted mitochondria; meanwhile, there are only a few mitochondria-targeting markers with neutral skeletons. Furthermore, it was found that nitrogen heterocycles with N-H bonds can improve the mitochondrial targeting ability of partial neutral fluorophores.