Biopolym. Cell. 2022; 38(2):103-116.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.000A75
Біоорганічна хімія
N-алкільні функціоналізовані сквараїнові барвники як флуоресцентні зонди для детекції сировоткових альбумінів.
1Синюгіна А. Т., 1, 2Черній С. В., 1Лосицький М. Ю., 3Озкан Х. Г., 4Сломінський Ю. Л., 1Синюгін А. Р., 2Пехньо В., 3Мохір А. А, 1Ярмолюк С. М.
  1. Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
    Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, Україна, 03143
  2. Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського
    проспект Академіка Палладіна, 32/34, Київ, Україна, 03142
  3. Університет Фрідріха-Олександра Ерланген-Нюрнберг
    42, Henkestr, Ерланген, Німеччина, 91054
  4. Інститут органічної хімії НАН України
    вул. Мурманська, 5, Київ, Україна, 02660

Abstract

Мета. Cинтез та дослідження серії бензоіндолієвих скварейнових барвників із N-замісниками (SQ) як флуоресцентних зондів для виявлення сироваткових альбумінів. Методи. Органічний синтез, флуоресцентна спектроскопія, абсорбційна спектроскопія, флуоресцентна мікроскопія. Результати. Досліджені спектрально-люмінесцентні властивості барвників SQ у водному розчині та в присутності бичачого сироваткового альбуміну (BSA), сироваткового альбуміну людини (HSA), кінського сироваткового альбуміну (ESA), овальбуміну (OVA), бета-лактоглобуліну (BLG) та лізоциму (LYS), а також в присутності нуклеїнової кислоти. Максимуми спектрів збудження досліджуваних барвників у буферному розчині розташовані в діапазоні 623-673 нм, при цьому максимуми флуоресценції знаходяться в області 635-690 нм. Практично усі барвники демонструють збільшення інтенсивності флуоресценції із сироватковими альбумінами одночасно із червоним зміщенням до 12 нм, що може вказувати на зв’язування барвників із білками. Показано, що барвники проявляють помітно нижчу інтенсивність флуоресценції в присутності OVA, BLG та LYS, що структурно відрізняються від сироваткових альбумінів. Досліджені барвники не дають значної флуоресцентної реакції в присутності нуклеїнової кислоти. Константи зв’язування барвників з BSA (К) становлять 3,0 ± 0,3x105 М-1 для SL-2411 і 2,4 ± 0,6x105 M-1 для SL-2412. Виходячи з відносних значень К, можна припустити, що механізм зв’язування барвника з BSA полягає у взаємодії хромофора барвника з білковими групами. Було показано, що SL-2411 проникає через клітинну мембрану та розподіляється в цитоплазмі без спільної локалізації з MitoTracker Green. Висновки. Представлені барвники можуть бути застосовні для флуоресцентної спектроскопії при виявленні білків і для потенційної візуалізації компонентів клітини з мінімальною або зовсім відсутньою автофлуоресценцією.
Keywords: сквараїнові барвники, сироваткові альбуміни, флуоресцентна спектроскопія, абсорбційна спектроскопія, флуоресцентне детектування, флуоресцентна мікроскопія
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Chen W, Matsunaga T, Neill DL, Yang C, Akaike T, Xian M. Rational design of a dual-reactivity-based fluorescent probe for visualizing intracellular HSNO. Angew Chem Int Ed Engl. 2019; 58 (45): 16067-70.
[2] Xu K, Luan D, Wang X, Hu B, Liu X, Kong F, Tang B. An ultrasensitive cyclization-based fluorescent probe for imaging native HOBr in livecells and zebrafish. Angew Chem Int Ed Engl. 2016; 55 (41): 12751-4.
[3] Chen W, Xu S, Day JJ, Wang D, Xian M. A general strategy for development of nearinfrared fluorescent probes for bioimaging. Angew Chem Int Ed Engl. 2017; 56 (52): 16611-5.
[4] Syniugina A, Chernii S, Losytskyy M, Syniugin A, Slominskii Yu, Balanda A, Özkan HG, Mokhir A, Kovalska V, Yarmoluk S. The synthesis and study of novel merocyanine probes for protein detection and cells visualization. J Photochem Photobiol. 2021, 7: 100046.
[5] Moshynets O, Chernii S, Chernii V, Yarmoluk S, Kovalska V. Fluorescent β-ketoenole AmyGreen dye for visualization of amyloid components of bacterial biofilms. Methods Appl Fluoresc. 2020; 8 (3): 035006.
[6] Bagchi D, Halder A, Debnath S, Saha P., Kumar PS. Exploration of interfacial dynamics in squaraine based nanohybrids for potential photodynamic action. J Photochem Photobiol A: Chem. 2019; 380: 111842.
[7] Martins T, Lima E, Boto R, Ferreira D, Fernandes J, Almeida P, Ferreira L, Silva A, Reis L. Red and near-infrared absorbing dicyanomethylene squaraine cyanine dyes: photophysicochemical properties and anti-tumor photosensitizing effects. Materials. 2020; 13: 2083.
[8] Qin Ch, Wong W-Y, Han L. Squaraine dyes for dye-sensitized solar cells: recent advances and future challenges. Chem Asian J. 2013; 8(8): 1706-19.
[9] Beverina L, Salice P. Squaraine compounds: tailored design and synthesis towards a variety of material science applications. Eur J Org Chem. 2010; 2010(7): 1207-25.
[10] Ioffe VM, Gorbenko GP, Domanov YA, Tatarets AL, Patsenker LD, Terpetsching EA, Dyubko TS. A New fluorescent squaraine probe for the measurement of membrane polarity. J Fluoresc. 2006; 16 (1): 47-52.
[11] Jahanban-Esfahlan A, Ostadrahimi A, Jahanban-Esfahlan R, Roufegarinejad L, Tabibiazar M, Amarowicz R. Recent developments in the detection of bovine serum albumin. Int J Biol Macromolec. 2019; 138: 602-17
[12] Volkova K, Kovalska V, Losytskyy M, Reis L, Santos P, Almeida P, Yarmoluk S. Aza-substituted squaraines for the fluorescent detection of albumins. Dyes Pigments. 2011; 90 (1): 41-7.
[13] Suzuki Y, Yokoyama K. A protein-responsive chromophore based on squaraine and its application to visual protein detection on a gel for SDS-PAGE. Angew Chem Int Ed Engl. 2007; 46(22): 4097-9.
[14] Tatarets AL, Fedyunyayeva IA, Dyubko TS, Povrozin YA, Doroshenko AO, Terpetschnig EA, Patsenker LD. Synthesis of water-soluble, ring-substituted squaraine dyes and their evaluation as fluorescent probes and labels. Anal Chim Acta. 2007; 570 (2): 214-23.
[15] Philbert L, Xiaoyang W. Review: modifications of human serum albumin and their binding effect. Curr Pharm Des. 2015; 21(14): 1862-5.
[16] Xu Y, Malkovskiy A, Pang Y. A Graphene binding-promoted fluorescence enhancement for Bovin Serum Albumin recognition. Chem Commun (Camb). 2011; 47(23): 6662-4.
[17] Jisha VS, Arun KT, Hariharan M, & Ramaiah D. Site-selective binding and dual mode recognition of serum albumin by a squaraine dye. J Am Chem Soc. 2006; 128 (18): 6024-5.
[18] Kragh-Hansen U, Chuang V, Otagiri M. Practical aspects of the ligand-binding and enzymatic properties of human serum albumin. Biol Pharm Bull. 2002; 25(6): 695-704.
[19] Zhang Y, Yue X, Kim B, Yao S, Bondar M, Belfield K. Bovine serum albumin nanoparticles with fluorogenic near-IR-emitting squaraine dyes. ACS Appl Mater Interfaces. 2013; 5 (17): 8710-7.
[20] Patonay G, Salon J, Sowell J, Strekowski L. Noncovalent labeling of biomolecules with red and near-infrared dyes. Molecules. 2004; 9 (3):40-9.
[21] Govor IV, Tatarets AL, Obukhova OM, Terpetschnig EA, Gellerman G, Patsenker LD. Tracing the conformational changes in BSA using FRET with environmentally-sensitive squaraine probes. Methods Appl Fluoresc. 2016 4 (2): 024007.
[22] Fangrui L, Pintu D, Yihua Zh, Binglin S, Rui H, Feifan Z, Liwei L, Junle Q. Monitoring the endocytosis of bovine serum albumin based on the fluorescence lifetime of small squaraine dye in living cells. Biomed Opt Express. 2020; 11 (1): 149-59.
[23] Aristova D, Volynets G, Chernii S, Losynskyy M, Balanda A, Slominskii Yu, Mokhir A, Yarmoluk S, Kovalska V. Far-red pentamethine cyanine dyes as fluorescent probes for the detection of serum albumins. R Soc Open Sci. 2020; 7(7): 200453.
[24] Schindelin J, Arganda-Carreras I, Frise E, Kaynig V, Longair M, Pietzsch T, Preibisch S, Rueden C, Saalfeld S, Schmid B, Tinevez JY, White DJ, Hartenstein V, Eliceiri K, Tomancak P, Cardona A. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat Methods. 2012; 9(7): 676-82.
[25] Chen H, Farahat MS, Law KY, Whitten DG. Aggregation of surfactant squaraine dyes in aqueous solution and microheterogeneous media: correlation of aggregation behavior with molecular structure. J Am Chem Soc. 1996; 118 (11): 2584-94.