フォールディングとエネルギー移動の研究のための高蛍光グアノシン模倣物

8 位に置換基を持つグアノシンは、多型 G 四重鎖や二本鎖 DNA などの要求の厳しいモデル系でもグアニン残基を効果的に模倣する有用な蛍光プローブを提供できます。今回我々は、ホスホラミダイト化学を用いてヒトテロメア反復配列に組み込まれた8-置換-2'-デオキシグアノシンの小さなファミリーの合成と光物理的特性を報告する。これらには、8-(2-ピリジル)-2'-デオキシグアノシン (2PyG)、8-(2-フェニルエテニル)-2'-デオキシグアノシン (StG)、および 8-[2-(ピリド-4-イル)-エテニル]-2'-デオキシグアノシン (4PVG) が含まれます。DNAのフォールディングと安定性に関して、8位置換グアノシンは状況依存的な効果を示す可能性があるが、ピリミジンミスマッチよりもG-四重鎖および二本鎖構造の方が許容性が優れていた。これまでに報告されている蛍光グアニン類似体とは対照的に、8-置換グアノシンは、核酸に取り込まれると、同等またはさらに高い量子収率を示します (Φ = 0.02 ～ 0.45)。我々は、これらの高発光プローブを使用して、未修飾の DNA 核酸塩基から 8 位置換グアノシンへのエネルギー移動効率を定量化しました。得られる DNA からプローブへのエネルギー伝達効率 (η(t)) は構造選択性が高く、η(t)(二本鎖) < η(t)(一本鎖) < η(t)(G 四重鎖)となります。これらの傾向は、G 四重鎖またはそれらを含む二本鎖の正確な構造的特徴や熱安定性とは無関係でした。DNA の効率的なエネルギー移動、高いプローブ量子収率、および高いモル吸光係数の組み合わせにより、0.25 nM の高度に希釈されたサンプル溶液中でも、G 四重鎖形成の高感度で信頼性の高い読み取りが可能になります。

Guanosines with substituents at the 8-position can provide useful fluorescent probes that effectively mimic guanine residues even in highly demanding model systems such as polymorphic G-quadruplexes and duplex DNA. Here, we report the synthesis and photophysical properties of a small family of 8-substituted-2'-deoxyguanosines that have been incorporated into the human telomeric repeat sequence using phosphoramidite chemistry. These include 8-(2-pyridyl)-2'-deoxyguanosine (2PyG), 8-(2-phenylethenyl)-2'-deoxyguanosine (StG) and 8-[2-(pyrid-4-yl)-ethenyl]-2'-deoxyguanosine (4PVG). On DNA folding and stability, 8-substituted guanosines can exhibit context-dependent effects but were better tolerated by G-quadruplex and duplex structures than pyrimidine mismatches. In contrast to previously reported fluorescent guanine analogs, 8-substituted guanosines exhibit similar or even higher quantum yields upon their incorporation into nucleic acids (Φ = 0.02-0.45). We have used these highly emissive probes to quantify energy transfer efficiencies from unmodified DNA nucleobases to 8-substituted guanosines. The resulting DNA-to-probe energy transfer efficiencies (η(t)) are highly structure selective, with η(t)(duplex) < η(t)(single-strand) < η(t)(G-quadruplex). These trends were independent of the exact structural features and thermal stabilities of the G-quadruplexes or duplexes containing them. The combination of efficient energy transfer, high probe quantum yield, and high molar extinction coefficient of the DNA provides a highly sensitive and reliable readout of G-quadruplex formation even in highly diluted sample solutions of 0.25 nM.