芘核碱基缀合物：合成，寡核苷酸结合和共焦生物成像研究

合成并表征了在接头中具有羰基和羟基官能团的荧光芘 - 接头 - 核碱基（核碱基=胸腺嘧啶，腺嘌呤）缀合物。对芘-C（O）CH 2 CH 2 -胸腺嘧啶（2）结合物进行X射线单晶结构分析，发现分子2的二聚体通过胸腺嘧啶部分之间的氢键稳定。光化学表征显示所研究化合物的结构依赖性荧光性质。与连接体中具有羟基官能团的化合物相比，具有羰基官能团的缀合物代表弱发射体。研究了芘核碱基在水和缓冲溶液中与单链和双链寡核苷酸结合的自组装特性。在相对于所述互补oligothymidineŤ 10在水模板，化合物3和5都示出了根据规范碱基碱基配对的自组装行为。然而，在缓冲溶液中，衍生物5比3更有效在绑定到T 10模板。此外，腺嘌呤衍生物5与双链（dA）10 -T 10模板结合，自组装比率为112％。这种高自组装比值可以通过三螺旋状结合，嵌入或两者的混合来合理化。值得注意的是，化合物5在活HeLa细胞中也显示出双重染色模式。共聚焦显微镜证实，5主要染色线粒体，但它也积聚在细胞的核仁中。

关键词： 共聚焦显微镜; 发光; 碱基; 寡核苷酸结合; 芘; X-射线

芘是一种平面的多环芳烃，具有良好表征的环境依赖性荧光。这种性质以及易于合成的可接近性使其及其衍生物可用于许多应用，例如，作为有机电子材料[1]，用于机械变色材料的染料[2]和用于聚合物合成的荧光单体[3]。。芘基衍生物作为核酸化学中的荧光探针和密切相关的研究领域也引起了相当大的关注。特别是芘支架已被用于构建具有核酸样结构特性的非生物寡聚核苷酸[4]，芘修饰的肽核酸（PNA）[5]，锁定核酸（LNA）[6,7]，入侵者LNA [8]和扭曲插入核酸（TINA）[9]。此外，芘修饰的核苷酸已被用于构建基于DNA的多发色团系统[10-13]，作为癌症检测标记[14]，作为荧光DNA探针[15]，非标准寡核苷酸模板的非共价结合物[16]和抗病毒药[17,18]。值得注意的是，由于生色团之间的螺旋扭曲，DNA模板组件中芘准分子形成的效率远低于普通芘结合物[19-21]。圆形二色性证明了这种螺旋扭曲，特别是DNA模板化芘组件的强烈的双重棉花效应[19,20]。图1显示了芘修饰的核酸和核苷的选定实例。

另一方面，一般结构芘 - 间隔物 - 核碱基（图1）的芘 - 核碱基缀合物的研究程度低于其低聚物对应物。文献调查显示，芘 - 胸腺嘧啶A1和A2（图1）被用作Hg（II）离子的选择性荧光化学传感器[19,22]。感应的分子机制涉及Hg（II）离子与两个胸腺嘧啶部分的配位，然后是芘准分子形成[19]。此外，据报道，化合物A2和腺嘌呤衍生物A3可作为胸腺嘧啶和腺嘌呤的荧光传感器[23]。。据我们所知，到目前为止，芘核碱基尚未被研究用作荧光细胞成像生物探针。此外，还没有报道寡核苷酸模板上芘核碱基的自组装研究。这里介绍的工作解决了这两个问题。因此，在这方面的贡献，我们的合成，DFT计算，光物理特性，寡核苷酸结合研究，以及新型芘核碱基共轭物的共聚焦显微镜研究报道2 - 5（核碱基=胸腺嘧啶（2和4），和腺嘌呤（3和五））。我们的化合物代表了一种简单的双功能设计，结合了荧光报告芘基和氢键生物核碱基载体，可在DNA识别和生物成像应用中进行测试。