Дизайн флуоресцентних зондів на основі ціанінових барвників для нуклеїнових кислот та білків

10. Кочешев І.О., Ковальська В.Б., Ярмолюк С.М., Акерман Б., Мацука Г.Х. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. 15. Спектрально-люмінесцентні властивості нових бензтіазолметилен-2,6-диметилпіридинових гомодимерних та гомотримерних ціанінових барвників та їхніх комплексів з нуклеїновими кислотами // Біополімери і клітина. - 1999. - Т. 15, № 6. - С. 557-567.

11. Yarmoluk S.M., Kostenko A.M., Dubey I.Y. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. Part 19: New method for the covalent labeling of oligonucleotides with pyrylium cyanine dyes // Bioorg. Med. Chem. Lett. - 2000. - Vol. 10. - P. 2201-2204.

12. Лосицький М.Ю., Ковальська В.Б., Ярмолюк С.М. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. 9. Вивчення спектральних властивостей комплексів ціанінових барвників з ДНК у присутності органічних розчинників // Біополімери і клітина. - 2000. - Т. 16, № 1. - С. 75-81.

13. Криворотенко Д.В., Ковальська В.Б., Ярмолюк С.М. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. 10. Синтез та спектральні властивості нових бензотіазоло-4-[2,6-диметилпіридинових] монометинових ціанінових барвників // Біополімери і клітина. - 2000. - Т. 16, № 2. - С. 145-152.

14. Ярмолюк С.М. Білки та ціанінові барвники. 1. Несиметричний карбоціаніновий барвник 14К - новий флуоресцентний зонд для гомогенного визначення білків у розчині // Біополімери і клітина. - 2000. - Т. 16, № 3. - С. 236-238.

15. Криворотенко Д.В., Ковальська В.Б., Ярмолюк С.М. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. 16. Нові флуоресцентні безтіазоло-4-[2,6-диметилпіридинієві] монометинові ціанінові барвники // Біополімери і клітина. - 2000. - Т. 16, № 4. - С. 320-326.

16. Огульчанський Т.Ю., Ящук В.М., Ярмолюк С.М., Лосицький М.Ю. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. 14. Спектральні особливості деяких монометинових бензотіазолових ціанінових барвників та їхньої взаємодії з ДНК // Біополімери і клітина. - 2000. - Т. 16, № 5. - С. 345-355.

17. Лукашов С.С., Лосицький М.Ю., Ярмолюк С.М., Сломінський Ю.Л. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. 12. Нові монометинові ціаніни на основі 5,6-метилендіоксибензтіазолу та спектрально-люмінесцентні властивості їхніх комплексів з нуклеїновими кислотами // Біополімери і клітина. - 2000. - Т. 16, № 6. - С. 562-572.

18. Ogul'chansky T.Yu., Yashchuk V.M., Losytskyy M.Yu., Kocheshev I.O., Yarmoluk S.M. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. XVII. Towards an aggregation of cyanine dyes in solutions as a factor facilitating nucleic acid detection // Spectrochimica Acta Part A. - 2000. - Vol. 56. - P. 805-814.

19. Криворотенко Д.В., Лосицький М.Ю., Баланда А.О., Ярмолюк С.М. Білки та ціанінові барвники. ІV. Безтіазоло-4-[2,6-диметилпіридинієві] монометинові ціанінові барвники для гомогенної детекції білків // Вісн. ДУ “Львівська політехніка”. - 2000. - № 414. - С. 127-135.

20. Yarmoluk S.M., Kovalska V.B., Kocheshev I.O., Kachkovskiy Yu.Y. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. Simulation of the aggregates structures and their electronic transitions for homo-n-mere benzothiazole cyanine dyes using the quantum-mechanical methods // Current Studies of Biotechnology, Environment. - 2001. - Vol. 2. - P. 117-123.

21. Костенко О.М., Дмітрієва С.Ю., Ярмолюк С.М. Білки та ціанінові барвники. 2. Застосування реакції пірилієвих барвників з амінами для ковалентного мічення амінокислот і пептидів // Біополімери і клітина. - 2001. - Т. 17, № 1. - С. 80-84.

22. Лукашов С.С., Лосицький М.Ю., Сломінський Ю.Л., Ярмолюк С.М. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. 7. Карбоціанінові барвники, заміщені в поліметиновому ланцюзі, як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот // Біополімери і клітина. - 2001. - Т. 17, № 2. - С. 169-177.

23. Лукашов С.С., Качковський Г.О., Лосицький М.Ю., Ярмолюк С.М. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. 22. Спектрально-люмінесцентні властивості монометинових пірилієвих і піридинових ціанінів та їхніх комплексів з ДНК // Біополімери і клітина. - 2001. - Т. 17, № 3. - С. 242-248.

24. Лукашов С.С., Качковський Г.О., Ярмолюк С.М., Мацука Г.Х. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. 23. Комп'ютерне моделювання “напівінтеркаляційної” взаємодії монометинових ціанінових барвників з GCTA:TAGC фрагментом ДНК // Біополімери і клітина. - 2001. - Т. 17, № 4. - С. 331-336.

25. Лукашов С.С., Маковенко І.Є., Лосицький М.Ю., Сломінський Ю.Л., Ярмолюк С.М. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Мезо-метилзаміщені триметинціанінові барвники як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот // Біополімери і клітина. - 2001. - Т. 17, № 5. - С. 448-454.

26. Yarmoluk S.M., Kryvorotenko D.B., Kovalska V.B. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. XX. New methods for the preparation of fluorescent probes based on benzothiazol-4-[2,6-dimethylpyridinium] cyanine dyes // Dyes and Pigments. - 2001. - Vol. 48. - P. 165-172.

27. Yarmoluk S.M., Kovalska V.B., Kocheshev I.A. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids - XXVII: synthesis and spectral properties of novel homodi- and homotrimeric monomethine cyanine dyes // Dyes and Pigments. - 2001. - Vol. 50. - P. 21-28.

28. Yarmoluk S.M., Kryvorotenko D.V., Balanda A.O., Losytskyy M.Yu., Kovalska V.B. Proteins and cyanine dyes. Part III. Synthesis and spectroscopic studies of benzothiazolo-4-[1,2,6-trimethylpyridinium] monomethine cyanine dyes for fluorescent detection of bovine serum albumin in solutions // Dyes and Pigments. - 2001. - Vol. 51. - Р. 41-49.

29. Ogul'chansky T.Yu., Losytskyy M.Yu., Kovalska V.B., Yashchuk V.M., Yarmoluk S.M. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. XXIV. Aggregation of monomethine cyanine dyes in presence of DNA and its manifestation in absorption and fluorescence spectra // Spectrochimica Acta Part A. - 2001. - Vol. 57. - P. 1525-1532.

30. Yarmoluk S.M., Kovalska V.B., Kryvorotenko D.V., Balanda A.O., Ogul'chansky T.Yu. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. XXV. Influence of affinity-modifying groups in the structure of benzothiazol-4-[2,6-dimethylpyridinium] dyes on spectral properties of the dyes in the presence of nucleic acids // Spectrochimica Acta Part A. - 2001. - Vol. 57. - P. 1533-1540.

31. Ogul'chansky T.Yu., Losytskyy M.Yu., Kovalska V.B., Lukashov S.S., Yashchuk V.M., Yarmoluk S.M. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. XVIII. Formation of the carbocyanine dye J-aggregates in nucleic acid grooves // Spectrochimica Acta Part A. - 2001. - Vol. 57. - P. 2705-2715.

32. Yarmoluk S.M., Lukashov S.S., Ogul'chansky M.Yu., Losytskyy M.Yu., Kornyushina O.S. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. XXI. Arguments for half-intercalation model of interaction // Biopolymers (Biospectroscopy). - 2001. - Vol. 62, № 4. - P. 219-227.

33. Кочешев І.О., Криворотенко Д.В., Ярмолюк С.М. Синтез 2,6-диметил-4-[2-(3-метилбензотіазоліліден)метил]-1-піридинієвих гомодимерних та гомотримерних ціанінових барвників // Український хімічний журнал. - 2001. - Т. 67, № 2. - C. 115-117.

34. Валюх І.В., Слободянюк О.В., Ковальська В.Б., Гранжан А.В., Сломінський Ю.Л., Ярмолюк С.М. Спектральні властивості симетричних триметинових ціанінів з -,-заміщеним поліметиновим ланцюгом при наявності нуклеїнових кислот // Журнал фізичних досліджень. - 2002. - Т. 6, № 2. - С. 236-241.

35. Valyukh I.V., Kovalska V.B., Slominskii Y.L., and Yarmoluk S.M. Spectroscopic studies of -,-disubstituted trimethine cyanine: new fluorescent dye for nucleic acids // J. Fluoresc. - 2002. - Vol. 12, № 1. - P. 105-107.

36. Losytskyy M.Yu., Yashchuk V.M., Lukashov S.S., and Yarmoluk S.M. Davydov splitting in spectra of cyanine dye J-aggregates, formed on the polynucleotides // J. Fluoresc. - 2002. - Vol. 12, № 1. - P. 109-112.

37. Yarmoluk S., Kovalska V., Kocheshev I. Influence of аggregation of homo-n-mer cyanine dyes on the nucleic acids detection sensitivity // J. Fluoresc. - 2002. - Vol. 12, № 2. - P. 155-157.

38. Kostenko O.M., Dmitrieva S.Y., Tolmachev O.I., and Yarmoluk S.M. New approach for fluorescent peptide labeling with pyrylium cyanine dyes // J. Fluoresc. - 2002. - Vol. 12, № 2. - P. 173-175.

39. Kovalska V.B., Valyukh I.V., Lukashov S.S., Slominskii Yu.L., and Yarmoluk S.M. An investigation of tricarbocyanines “Stains-All” and “iso-Stains-All” as fluorescent nucleic acids probes // J. Fluoresc. - 2002. - Vol. 12, № 2. - P. 209-212.

40. Лукашов С.С., Лосицький М.Ю., Ковтун Ю.П., Ярмолюк С.М. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Мезо-заміщені триметинціанінові барвники для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот // Біополімери і клітина. - 2002. - Т. 18, № 3. - С. 243-252.

41. Ярмолюк С.М., Лосицький М.Ю., Ковальська В.Б., Томачинський С.М., Огульчанський Т.Ю., Костенко О.М., Курдюков В.В., Толмачов О.І. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Новий (піридо)(тіо)триметинціаніновий барвник CCyan 40 для флуоресцентного мічення олігонуклеотидів // Біополімери і клітина. - 2002. - Т. 18, № 4. - С. 340-346.

42. Ковальська В.Б., Валюх І.В., Костенко О.М., Дмітрієва С.Ю., Толмачов О.І., Ярмолюк С.М. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. 33. Спектрально-люмінесцентні властивості серії пірилієвих та піридинієвих моно/триметинціанінів // Біополімери і клітина. - 2002. - Т. 18, № 6. - С. 540-546.

43. Yarmoluk S.M., Lukashov S.S., Losytskyy M.Yu., Akerman B., Kornyushyna O.S. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. XXVI. Intercalation of the trimethine cyanine dye Cyan 2 into double-stranded DNA: study by spectral luminescence methods // Spectrochimica Acta Part A. - 2002. - Vol. 58. - P. 3223-3232.

44. Yarmoluk S.M., Losytskyy M.Yu., Yashchuk V.M. Nonradiative deactivation of the electronic excitation energy in cyanine dyes: influence of binding to DNA // J. Photochem. Photobiol. A: Biol. - 2002. - Vol. 67. - P. 57-63.

45. Костенко О.М., Дмітрієва С.Ю., Толмачов О.І., Кордюков В.В., Ярмолюк С.М. Мічення амінокислот і пептидів поліметиновими пірилієвими барвниками // Український хімічний журнал. - 2002. - Т. 68, № 1. - C. 39-44.

46. Valyukh I.V., Vyshnyak V.V., Slobodyanyuk A.V., and Yarmoluk S.M. Spectroscopic study of fluorescent dyes interaction with DNA // Functional Materials. - 2003. - Vol. 10, № 3. - P. 528-533.

47. Яковенко О.Я., Голуб А.Г., Лосицький М.Ю., Бджола В.Г., Ярмолюк С.М. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Механізм взаємодії монометинового ціанінового барвника Cyan 40 з двоспіральною ДНК: дослідження методами комп'ютерного моделювання // Біополімери і клітина. - 2003. - Т. 19, № 1. - С. 93-98.

48. Matselyukh B.P., Matselyukh A.B., Kovalska V.B., Kocheshev I.A., Kryvorotenko D.V., Lukashov S.S., and Yarmoluk S.M. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids: XXXI. Using of plymethine cyanine dyes for the visualization of DNA in agarose gels // J. Biochem. Biophys. Methods. - 2003. - Vol. 57. - P. 35-43.

49. Wetzl B.K., Yarmoluk S.M., Graig D.B., and Wolfbeis O.S. Chameleon labels for staining and quantifying proteins // Angew. Chem. Int. Ed. - 2004. - Vol. 43. - 5400-5402.

50. Kovalska V.B., Losytskyy M.Yu., and Yarmoluk S.M. Luminescence spectroscopik studies of trimethinecyanines substituted in polimethine chain with nucleic acids and proteins // Spectrochimica Acta Part A.: Mol. & Biomol. Spectroscopy. - 2004. - Vol. 60, 1-2. - P. 129-137.

51. Wolfbeis O.S., Kostenko O.M., Tolmachev O.I., and Yarmoluk S.M. Method and compounds for the fluorescent labeling of biomolecules and polymer particles. Pat. US2003175988, GO1N21/76, 2003-09-18.

Вибрані тези доповідей

52. Yarmoluk S.M. Model of “half intercalation” monomethine cyanine dyes into double stranded nucleic acids // In: Proc. XII Round Table. - La Jolla, California, USA, 1996. - P. 280.

53. Kocheshev I.A., Kovalska V.B., Yarmoluk S.M. Spectral properties of novel cyanine homodimere dyes as possible fluorescent probes for nucleic acids detection // 8th Europ. Conf. Spectroscop. Biolog. Molec. - Enschede, Netherlands, 1999. - P. 623-624.

54. Костенко О.М., Дмітрієва С.Ю., Ярмолюк С.М. Застосування реакції пірилієвих барвників з амінами для ковалентного мічення амінокислот та пептидів // Міжн. конф. “Хімія азотовмісних гетероциклів”. - Харків, 2000. - C. 230.

55. Prykhod'ko A.A., Kovalska V.B., Sadovnikova M.L., Miboroda O., Slominskii Yu.L., Yarmoluk S.M. Novel fluorescent carbocyanine dyes for the nucleic acids detection // In: Proc. Scientific conference “Biotechnology and Environment 2001”. - Zagreb, Croatia, 2001. - P. 50.

56. Balanda A.O., Kryvorotenko D.V., Losytskyy M.Yu., Yarmoluk S.M. New fluorescent cyanine dyes for fluorescent detection of bovine serum albumin in solution // 7th Conference on Methods and Application of Fluorescence. - Amsterdam, 2001. - P. 11.

57. Криворотенко Д.В., Баланда А.О., Лосицький М.Ю., Ярмолюк С.М. Нові флуоресцентні монометинові ціанінові барвникі для гомогенної детекції БСА в розчині // ХІХ Укр. конф. з органічної хімії. - Львів, 2001. - С. 167.

58. Prykhod'ko A.O., Golub A.G., Khilya V.P., Yarmoluk S.M. Synthesis and anticancer activity of combinatorial libraries 8-aminomethyl derivatives of 3-aryloxy-7-hydrohychromones // Third Youth School-Conference on Organic Synthesis. - Saint-Petersburg, Russia, 2002. - P. 208.

59. Kostenko O.M., Kovalska V.B., Kocheshev I.V., Yarmoluk S.M. Studies on spectral-luminiscent properties of oligonucleotides fluorescently labeled with pyrilium cyanine dyes // The inaugural Austral-Asian Biospectroscopy Conference. - Nakhon Ratchasima, Thailand, 2003. - P. 65.

60. Losytskyy M.Yu., Ohulchanskyy T.Y., Makovenko I.E., Lukashov S.S., Yashchuk V.M., Prasad P.N., Yarmoluk S.M. Fluorescence resonance energy heterodimers for two-proton excited fluorescence nucleic acid detection // 8th Conference on Methods and Applications of Fluorescence. - Prague, Czech Republic, 2003. - P. 86.

Ярмолюк С.М. Дизайн флуоресцентних зондів на основі ціанінових барвників для нуклеїнових кислот та білків. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора хімічних наук за спеціальністю 02.00.10 - біоорганічна хімія. Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, Київ, 2005.

Дисертація присвячена дизайну флуоресцентних зондів на основі ціанінових барвників. Запропоновано напівінтеркаляційну модель взаємодії монометинціанінів з дволанцюговою ДНК, згідно з якою менш основний гетероцикл барвника інтеркалює між парами основ, а гетероцикл з більшою основністю фіксується в малій борозенці ДНК. Запропоновано принцип ефекторних груп, що дає змогу на основі відомих люмінофорів створювати нові флуоресцентні зонди для детекції нуклеїнових кислот (НК) та білків. Уперше синтезовано й вивчено спектрально-люмінесцентні властивості ряду гомодимерних і гомотримерних монометинціанінів у присутності НК та білків. Показано, що триметинціаніни з алкільними замісниками в поліметиновому ланцюзі є ефективними флуоресцентними зондами для гомогенного визначення ДНК у розчинах й агарозних гелях.

Досліджено агрегацію поліметинціанінів у водних розчинах у присутності НК та білків. Запропоновано і впроваджено реакцію пірилоціанінів з амінами для флуоресцентного мічення аміноалкілолігонуклеотидів та білків. Розроблено технологію провідного барвника в рамках дизайну нових флуоресцентних зондів.

Ключові слова: поліметиновий барвник, флуоресцентні зонди, детекція нуклеїнових кислот, детекція білків, агрегація.

Ярмолюк С.М. Дизайн флуоресцентных зондов на основе цианиновых красителей для белков и нуклеиновых кислот. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук по специальности 02.00.10 - биоорганическая химия. Институт биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины, Киев, 2005.

Диссертация посвящена дизайну флуоресцентных зондов на основе цианиновых красителей. Спектрально-люминесцентными методами с использованием различных по химической природе полиметинцианинов было установлено основные физико-химические закономерности взаимодействия полиметиновых красителей с нуклеиновыми кислотами (НК) и белками. На основе полученных данных разработано структурную полуинтеркаляционную модель взаимодействия монометинцианинов с двухспиральной ДНК, согласно которой менее основный гетероцикл красителя интеркалирует между соседними парами оснований, а более основный - фиксируется в маленькой бороздке НК.

Разработано и предложено принцип эффекторных групп, который дает возможность создавать новые высокоэффективные флуоресцентные зонды для детекции НК и белков на основе известных люминофоров. Показано, что присутствие спиртовых эффекторных групп в молекуле цианинового красителя повышает интенсивность флуоресценции комплексов красителя с ДНК.

Впервые синтезировано серию гомодимерных и гомотримерных монометинцианинов и изучено их спектрально-люминесцентные свойства в свободном состоянии и в присутствии НК и белков. Разработано три новых подхода к синтезу гомо-n-мерных монометинцианинов: на основе реакции пирилиевых солей с первичными аминами, реакций ацилирования ди- и триаминов карбоксильными производными цианинового красителя и взаимодействия аминопроизводных монометинцианина с диизоцианатом. Показано, что триметинцианины с алкильными заместителями в полиметиновой цепи являются эффективными флуоресцентными зондами для гомогенного определения ДНК в растворах и агарозных гелях. Изучено влияние природы заместителя в мезо-положении полиметиновой цепи на спектрально-люминесцентные свойства триметинцианинов в присутствии НК. Для С-ацилирования активных метиленовых групп четвертичных солей азотистых гетероциклов предложено использовать имидазолиды карбоновых кислот.

Исследовано агрегацию цианиновых красителей в водных растворах в присутствии НК и белков. Показано, что именно агрегационные процессы являются основным фактором, который обуславливает высокую чувствительность гомогенной флуоресцентной детекции ДНК и белков гомо-n-мерными монометинцианинами. Установлено, что с АТ-последовательностями ДНК мезо-алкилзамещенные (пропил, пентил, триметилпропил, диметилетил) триметинцианины специфично образуют флуоресцентные J-агрегатные структуры. Предложено и использовано реакцию пирилцианинов с аминами для флуоресцентного мечения аминоалкилолигонуклеотидов и белков. Исследовано особенности прохождения реакции с разными аминокислотами и оптимизировано условия ее проведения (температура, рН среды, природа буфера).

Разработано технологию ведущего красителя для дизайна флуоресцентных зондов для гомогенной детекции биополимеров. Первый этап этой технологии заключается в проведении предварительного скрининга широкого массива максимально разнообразных флуоресцентных красителей для определения красителя с оптимальными для зонда спектрально-люминесцентными свойствами. Следующие этапы - химическая оптимизация ведущего красителя с параллельным изучением его спектрально-люминесцентных свойств как потенциального флуоресцентного зонда.

Ключевые слова: полиметиновый краситель, флуоресцентные зонды, детекция нуклеиновых кислот, детекция белков, агрегация.

Yarmoluk S.M. Design of fluorescent probes on the base of cyanine dyes for nucleic acids and proteins. - Manuscript.

Thesis for Doctor's Degree in Chemical Sciences on specialty 02.00.10 - bioorganic chemistry. Institute of Bioorganic Chemistry and Petroсhemistry of National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 2005.

The thesis is dedicated to the design of fluorescent probes on the based of cyanine dyes. The half-intercalation model of interaction of monomethines with dsDNA was proposed. According to which heterocycle with the lower electron-donor ability intercalates between base pairs when heterocycle with the higher electron-donor ability is fixed in DNA minor groove. The proposed approach of affinity modifying groups permits to design novel fluorescent probes on the base on known fluorescent dyes.

Series of homodimer and homotrimer monomethinecyanines was firstly synthesized and studied in the presence of nucleic acids and proteins. Trimethinecyanines with alkyl substituents in polymethine chain were shown as efficient fluorescent probes for DNA detection in solution and agarose gels.

Aggregation of polymethinecyaines in aqueous solutions and in presence of biopolymers were studied. Approach of fluorescent labeling based on the reaction of pyrilocyanines with amines was introduced.

The approach of lead dye was developed for the using in the designing of fluorescent probes.

Key words: polymethine dyes, fluorescent probes, nucleic acids detection, proteins detection, aggregation.

Размещено на Allbest.ru