(57)【要約】【課題】光により構造および光特性の可逆的変化を引き起こすことができるヌクレオシド化合物およびこれを利用した技術を提供する。【解決手段】本発明に係るピリミジンヌクレオシド化合物は、ピリミジン核の５位の炭素原子に、エチレン性二重結合を介してアリール基またはヘテロアリール基が結合している化合物である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピリミジン核の５位の炭素原子に、下記一般式（１）で表される基が結合しているピリミジンヌクレオシド化合物。
【化１】
2010059116.tif 000010
（一般式（１）中、Ａはアリール基またはヘテロアリール基を表し、該アリール基および該ヘテロアリール基は置換基を有していてもよく、＊１は上記ピリミジン核の５位の炭素原子との結合位置を表す。）
【請求項２】
ウリジン誘導体であることを特徴とする請求項１に記載のピリミジンヌクレオシド化合物。
【請求項３】
上記Ａは環構成原子数１０〜２０のアリール基またはヘテロアリール基であることを特徴とする請求項１または２に記載のピリミジンヌクレオシド化合物。
【請求項４】
上記Ａがピレニル基または９Ｈ−フルオレニル基であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のピリミジンヌクレオシド化合物。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載のピリミジンヌクレオシド化合物に光を照射することにより、該ピリミジンヌクレオシド化合物を異性化する方法。
【請求項６】
請求項１から４の何れか１項に記載のピリミジンヌクレオシド化合物に光を照射することにより、該ピリミジンヌクレオシド化合物の光特性を変化させる方法。
【請求項７】
請求項１から４の何れか１項に記載のピリミジンヌクレオシド化合物に由来する塩基を含むポリヌクレオチド。
【請求項８】
請求項７に記載のポリヌクレオチドに光を照射することにより、該ポリヌクレオチドの熱的安定性を変化させる方法。
【請求項９】
請求項１から４の何れか１項に記載のピリミジンヌクレオシド化合物および請求項７に記載のポリヌクレオチドの少なくとも何れか一方を含む光スイッチング型デバイス材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規ピリミジンヌクレオシド化合物に関し、より詳細には、光照射により可逆的に異性化可能な新規ピリミジンヌクレオシド化合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
核酸は、高次構造を取ることにより様々な機能を得ている。したがって、核酸の高次構造を光などの外部刺激によって制御することができれば、核酸の機能を容易に制御することができ、生物学分野および医学分野などにおいて大きな意義があると考えられる。
【０００３】
核酸の構造を制御する試みとして、光応答性を有する置換基を核酸に導入する手法が開発されている。このような手法として、例えば、光解離基を核酸塩基に導入したケージド核酸が提案されている（非特許文献１〜５）。これによれば、光照射により核酸の構造を変化させることが可能となる。
【０００４】
また、核酸のバックボーンまたは糖に、光照射によりＥ−Ｚ異性化反応をおこすアゾベンゼンを導入する手法が提案されている（非特許文献６〜９）。これによれば、アゾベンゼンのＥ−Ｚ異性化における核酸高次構造への影響の差により、活性のＯＮ／ＯＦＦを可逆的に制御することができる。
【０００５】
さらに、デオキシグアノシンの塩基部分にスチレンを導入する手法が提案されている（非特許文献１０）。これによれば、光照射によりエチレン性二重結合部のＥ−Ｚ異性化反応を引き起こすことができ、高次構造の変化を引き起こすことができる。また、繰り返しの光異性化が可能となる。
【非特許文献１】X. Tang, J. Swaminathan, A. M. Gewirtz, and I. J. Dmochowski, Nucleic Acids Res. 2008, 36, 559-569.
【非特許文献２】S. Shah, S. Rangarajan, and S. H. Friedman, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 1329-1332.
【非特許文献３】L. Krock, and A. Heckel, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 471-473.
【非特許文献４】C. Hobarter, and S. K. Silverman, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7305-7309.
【非特許文献５】H. Lusic, D. D. Young, M. O. Lively, and A. Deiters, Org. Lett. 2007, 9, 1903-1906.
【非特許文献６】H. Asanuma, D. Matsunaga, and M. Komiyama, Nucleic Acids Symposium Series. 2005, 49, 35-36.
【非特許文献７】D. Matsunaga, H. Asanuma, and M. Komiyama, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 11452-11453.
【非特許文献８】M. Z. Liu, H. Asanuma, and M. Komiyama, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1009-1015.
【非特許文献９】S. Keiper, and J. S. Vyle, Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 3306-3309.
【非特許文献１０】S. Ogasawara, I. Saito, and M. Maeda, Tetrahedron Lett. 2008, 49, 2479-2482.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のケージド核酸においては、その光反応は不可逆的であり、一度かぎり、かつ一方向への制御しかできないという問題がある。また蛍光を制御することができない。
【０００７】
一方、核酸のバックボーンまたは糖へアゾベンゼンを導入した核酸においては、光反応を可逆的に起こすことができる。そのため、活性のＯＮ／ＯＦＦを可逆的に制御することができる。しかし、嵩高いアゾベンゼンを導入することによって、Ｅ体およびＺ体何れの場合でも核酸高次構造をゆがめてしまい、活性が低下するといった問題点がある。これは、アゾベンゼンを複数導入したときにさらに顕著に表れる。しかし、核酸高次構造を制御するためには複数のアゾベンゼンを要するため、ジレンマが生じる。またケージド核酸同様に蛍光を制御することができない。
【０００８】
非特許文献１０に記載の８−スチリル−２’−デオキシグアノシン（以下、８ＳＴＧと称する）は、光異性化可能なヌクレオシドである。これによれば、上記ケージド核酸およびアゾベンゼン導入核酸における問題点を回避した、光異性化可能な核酸を提供することができると考えられる。
【０００９】
ところで、高次構造は塩基のみで形成し得るため、高次構造制御の点からは、塩基部分で異性化を起こすことが望ましい。また、修飾されている部位が塩基部分である場合には、ＤＮＡの二重らせん構造形成、ＲＮＡの高次構造形成（例えばリボザイムおよびアプタマー）を阻害しない点で好ましい。そのため、塩基部分において光異性化が可能な、さらなるヌクレオシドの開発が望まれている。
【００１０】
そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光照射により可逆的に異性化可能な新規ヌクレオシド化合物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために発明者らは鋭意検討した結果、ピリミジンヌクレオシドの５位にエチレン性二重結合を介しアリール基またはヘテロアリール基を導入することにより、光により可逆的に異性化し得る新規ヌクレオシドが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明に係るピリミジンヌクレオシド化合物は、上記課題を解決するために、ピリミジン核の５位の炭素原子に、下記一般式（１）で表される基が結合しているピリミジンヌクレオシド化合物である。
【００１３】
【化１】
2010059116.tif 000002
【００１４】
（一般式（１）中、Ａはアリール基またはヘテロアリール基を表し、該アリール基および該ヘテロアリール基は置換基を有していてもよく、＊１はピリミジン核の５位の炭素原子との結合位置を表す。）
本発明に係るピリミジンヌクレオシド化合物は、ウリジン誘導体であることが好ましい。
【００１５】
本発明に係るピリミジンヌクレオシド化合物では、上記Ａは環構成原子数１０〜２０のアリール基またはヘテロアリール基であることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るピリミジンヌクレオシド化合物では、上記Ａがピレニル基または９Ｈ−フルオレニル基であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る異性化する方法は、上記ピリミジンヌクレオシド化合物に光を照射することにより、該ピリミジンヌクレオシド化合物を異性化する方法である。
【００１８】
また、本発明に係る光特性を変化させる方法は、上記ピリミジンヌクレオシド化合物に光を照射することにより、該ピリミジンヌクレオシド化合物の光特性を変化させる方法である。
【００１９】
また、本発明に係るポリヌクレオチドは、上記ピリミジンヌクレオシド化合物に由来する塩基を含むポリヌクレオチドである。
【００２０】
また、本発明に係る熱的安定性を変化させる方法は、上記ポリヌクレオチドに光を照射することにより、該ポリヌクレオチドの熱的安定性を変化させる方法である。
【００２１】
また、本発明に係る光スイッチング型デバイス材料は、上記ピリミジンヌクレオシド化合物および上記ポリヌクレオチドの少なくとも何れか一方を含む光スイッチング型デバイス材料である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るピリミジンヌクレオシド化合物は、以上のように、ピリミジン核の５位の炭素原子に、上記一般式（１）で表される基が結合している化合物である。そのため、光により構造および光特性を可逆的にスイッチングできる新たなヌクレオシド化合物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２４】
〔ピリミジンヌクレオシド化合物〕
本発明に係るピリミジンヌクレオシド化合物は、ピリミジン核の５位の炭素原子に、下記一般式（１）で表される基が結合しているピリミジンヌクレオシド化合物である。
【００２５】
【化２】
2010059116.tif 000003
【００２６】
（一般式（１）中、Ａはアリール基またはヘテロアリール基を表し、該アリール基および該ヘテロアリール基は置換基を有していてもよく、＊１はピリミジン核の５位の炭素原子との結合位置を表す。）
一般式（１）で表される基は、波長が互いに異なる２種類の光によりエチレン性二重結合部のＥ−Ｚ異性化を可逆的に起こし得る。そのため、上記基を導入することによって、光照射により可逆的に構造変化し得るヌクレオシド化合物を得ることができる。
【００２７】
以下、本発明のピリミジンヌクレオシド化合物について、さらに詳細に説明する。
【００２８】
本明細書において、ある官能基または原子が置換基を有し得る場合、置換基の種類、その数および置換位置は特に限定されるものではないが、置換基の具体例としては、ハロゲン原子（例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子、好ましくは臭素原子）、アリール基（好ましくは炭素数６〜３０の置換または無置換のアリール基、例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ビフェニリル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基およびピレニル基）、アルキル基（好ましくは炭素数１〜２０の置換または無置換のアルキル基、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、フェネチル基、ジフェニルメチル基およびトリチル基）を挙げることができる。また、ある基について「炭素数」とは、置換基を有する基については、この置換基を含まない部分の炭素数をいうものとする。
【００２９】
本明細書において「ピリミジンヌクレオシド化合物」とは、ピリミジン塩基と糖の還元基とがグリコシド結合によって結合した、ピリミジン核を含む配糖体化合物である。
【００３０】
また、本明細書において「ピリミジン核」とは、下記一般式（２）または（３）で表される構造をいうものとする。
【００３１】
【化３】
2010059116.tif 000004
【００３２】
（上記一般式（２）および（３）中、Ｚ１はアミノ基またはその保護基を表し、＊２は糖との結合位置を表す。）
Ｚ１における保護基としては、トリアゾール、ジメチルホルムアミジン、ジイソブチルホルムアミジン、アセチル基、イソブチル基、ベンゾイル基、９−フルオレニルメチルオキシカルボニル基（Ｆｍｏｃ）およびｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基（Ｂｏｃ）などが挙げられる。
【００３３】
本発明のピリミジンヌクレオシド化合物では、ピリミジン核の５位の炭素原子に、一般式（１）で表される基が結合している。ピリミジンヌクレオシド化合物は、エチレン性二重結合部の異性化によりＥ体またはＺ体の何れかとなる。具体的には、ピリミジン核として例えば上記一般式（３）の構造を有するピリミジンヌクレオシド化合物の場合には、下記のＥ体またはＺ体の何れかとなる。
【００３４】
【化４】
2010059116.tif 000005
【００３５】
（上記において、Ａおよび＊２は、それぞれ、上述の一般式（１）〜（３）におけるＡおよび＊２と同義である。）
一般式（１）におけるＡとして表されるアリール基は、単環式または縮合環式のいずれでもよく、またアリール基は置換基を有していてもよい。このようなアリール基としては、例えば、フェニル基；ナフチル基、ａｓ−インダセニル基、ｓ−インダセニル基、アセナフチレニル基、９Ｈ−フルオレニル基、フェナントリル基、アントリル基、フルオランテニル基、アセフェナントリレニル基、アセアントリレニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、クリセニル基、テトラフェニル基、ナフタセニル基およびペリレニル基など環構成原子数１０〜２０のアリール基；ピセニル基、ペンタフェニル基およびペンタセニル基など環構成原子数２１〜３０のアリール基などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。アリール基として好ましくは、環構成原子数１０〜２０のアリール基、および置換基を有するフェニル基である。置換基を有するフェニル基としては、ニトロ基、ジエチルアミノ基、ジメチルアミノ基、トリフルオロメチル基、メトキシ基、カルボニル基およびハロゲンなどの電子供与基または電子吸引基を置換基として有しているフェニル基が挙げられる。これらの中でも、アリール基としては、環構成原子数１０〜２０のアリール基がより好ましく、ナフチル基、９Ｈ−フルオレニル基およびピレニル基がさらに好ましい。
【００３６】
一般式（１）におけるＡとして表されるヘテロアリール基としては、例えば、窒素原子、酸素原子および硫黄原子からなる群より選択される１または２以上のヘテロ原子を環構成原子として含むヘテロアリール基を挙げることができ、単環式または縮合環式のいずれでもよい。また、ヘテロアリール基は置換基を有していてもよい。このようなヘテロアリール基としては、例えば、ピロリル基およびイミダゾリル基などヘテロ原子として窒素原子を含む環構成原子数５または６の単環式ヘテロアリール基；インドリル基などヘテロ原子として窒素原子を含む環構成原子数７〜９の縮合環式ヘテロアリール基；イソキノリニル基、２，７−ナフチリジニル基、２，６−ナフチリジニル基、１，６−ナフチリジニル基、１，５−ナフチリジニル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、シンノリニル基、９Ｈ−カルバゾリル基、９Ｈ−β−カルボリニル基、フェナントリジニル基、１Ｈ−ペリミジニル基、４，７−フェナントロリニル基、３，８−フェナントロリニル基および２，９−フェナントロリニル基などのフェナントロリニル基、フェナジニル基、テベニジニル基ならびに１０Ｈ−キンドリニル基などヘテロ原子として窒素原子を含む環構成原子１０〜２０のヘテロアリール基などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。ヘテロアリール基として好ましくは、環構成原子数１０〜２０のヘテロアリール基である。これらの中でもヘテロアリール基としては、置換基を有する、または無置換の９Ｈ−カルバゾリル基がより好ましく、無置換の９Ｈ−カルバゾリル基がさらに好ましい。
【００３７】
なお、本明細書において「環構成原子数」とは、置換基を考慮せずに、環を構成している原子数を表す。アリール基の場合には、環構成原子数は環を構成している炭素原子数であり、例えばピレニル基であれば１６である。ヘテロアリール基の場合には、環構成原子数は環を構成している炭素原子およびヘテロ原子の総数であり、例えばキノキサリニル基であれば１０である。
【００３８】
アリール基およびヘテロアリール基における、エチレン性二重結合との結合位置は特に限定されるものではなく、使用する基および合成方法などにより適宜決定すればよい。後述する実施例においては、２−９Ｈ−フルオレニルおよび２−ピレニルである。また、ナフチル基である場合には、２−ナフチルが好ましい。
【００３９】
一般式（１）におけるＡが、環構成原子数１０〜２０のアリール基、置換基を有するフェニル基、または環構成原子数１０〜２０のヘテロアリール基である場合には、Ｅ→Ｚ異性化およびＺ→Ｅ異性化何れにおいても、Ａが例えば置換基を有していないフェニル基である場合よりも長波長側の光（例えば、後述の異性化方法において例示する波長の光）を使用して異性化反応を起こすことができる。具体的には、Ｚ→Ｅ異性化を２９０ｎｍ以上の光を用いて行うことができる。したがってこの場合には、光によるピリミジンヌクレオシド化合物の損傷、および本発明のピリミジンヌクレオシド化合物由来の塩基を含むオリゴヌクレオチドの損傷（例えば、ピリミジンダイマーの形成）を軽減することができ、より安定なピリミジンヌクレオシド化合物、およびオリゴヌクレオチドを提供できる。また、置換基を有していないフェニル基よりも嵩高さが増加するため、当該化合物由来の塩基が組み込まれているオリゴヌクレオチドの立体構造を、より効果的に制御することができる。
【００４０】
一般式（１）で表される基が結合しているピリミジン核がグリコシド結合する糖部分の構造は、特に限定されるものではなく、公知のヌクレオシド化合物に含まれる糖部分を挙げることができ、より具体的には、後述する一般式（４）および（５）に含まれる糖部分を挙げることができる。
【００４１】
本発明のピリミジンヌクレオシド化合物の好ましい態様としては、ピリミジン核の５位の炭素原子に一般式（１）で表される基が結合している、下記一般式（４）で表されるウリジン誘導体、および下記一般式（５）で表されるシチジン誘導体を挙げることができる。なお、下記一般式（４）および（５）にはＥ体を示すが、本発明のピリミジンヌクレオシド化合物はＥ体に限定されるものではなくＺ体でもあってもよい。
【００４２】
【化５】
2010059116.tif 000006
【００４３】
（上記一般式（４）および（５）中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立に、水酸基もしくはその保護基、オリゴヌクレオチドの製造のために導入され得る反応性基、またはヌクレオシド誘導体の自己組織化を利用する際に導入され得る原子団を表す。Ｒ３は水素原子、水酸基もしくはその保護基、オリゴヌクレオチドの製造のために導入され得る反応性基、またはヌクレオシド誘導体の自己組織化を利用する際に導入され得る原子団を表す。Ｒ４はアミノ基またはその保護基を表す。Ａは上述の一般式（１）〜（３）におけるＡと同義である。）
Ｒ１〜Ｒ３における保護基としては、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチルジメチルシリル（ＴＢＤＭＳ）、トリイソプロピルシリルオキシメチル（ＴＯＭ）およびジメトキシトリチル（ＤＭＴｒ）などを挙げることができる。上記反応性基としては、２−シアノエチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトライソプロピルホスホロアミダイトなどを挙げることができる。また、上記原子団の詳細は、K. Araki, I. Yoshikawa, Top. Curr. Chem., 2005, 256, 133-165.に記載されている。原子団の具体例としては、アシル鎖およびエステル鎖を挙げることができる。また、Ｒ１〜Ｒ３は、２つ以上が連結して環を形成してもよい。Ｒ４における保護基としては、トリアゾール、ジメチルホルムアミジン、ジイソブチルホルムアミジン、アセチル基、イソブチル基、ベンゾイル基、９−フルオレニルメチルオキシカルボニル基（Ｆｍｏｃ）およびｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基（Ｂｏｃ）などを挙げることができる。
【００４４】
一般式（４）で表されるウリジン誘導体のさらに具体的な態様としては、下記一般式（４−１）および（４−２）で表される化合物を挙げることができる。また、一般式（５）で表されるシチジン誘導体のさらに具体的な態様としては、下記一般式（５−１）および（５−２）で表される化合物を挙げることができる。
【００４５】
【化６】
2010059116.tif 000007
【００４６】
【化７】
2010059116.tif 000008
【００４７】
（上記式中、Ａは、上述のＡと同義である。）
本発明のピリミジンヌクレオシド化合物の合成方法は特に限定されるものではないが、例えば５位の炭素原子がハロゲン化されたピリミジンヌクレオシド誘導体（以下、「ハロゲン化ヌクレオシド誘導体」ともいう）の５位ハロゲン原子を、ビニル基に置換し、ビニル基の水素をアリール基またはヘテロアリール基と置換することにより、一般式（１）で表される基が結合しているピリミジンヌクレオシド化合物を得ることができる。
【００４８】
具体的には、５’−ＯＨをＤＭＴｒで保護した５−ヨードウリジン（ＩＤＵ）を、パラジウム触媒の存在下１１０℃でトリブチルビニルすずと反応させ、ピリミジン核の５位をビニル基に置換した５−ビニルウリジンを得る（Ｓｔｉｌｌｅカップリング）。次いで、得られた５−ビニルウリジンを、パラジウム触媒の存在下１１５℃で２−ブロモピレンと反応させることにより、ビニル基の水素をピレンと置換した５−ピレニルビニルウリジンを得ることができる（Ｈｅｃｋ反応）。
【００４９】
本発明に係るピリミジンヌクレオシド化合物の合成反応の詳細は、後述の実施例を参照できる。また、反応に使用する原料および試薬は、公知の方法で合成可能であり、市販品として入手できるものもある。合成反応後、必要に応じて公知の方法で精製を行うことにより、目的物質を得ることができる。目的物質が得られたことは、ＮＭＲおよび質量分析などの同定方法によって確認できる。なお、上述のピリミジンヌクレオシド化合物は、官能基および置換基の種類によっては塩を形成する場合があり、遊離の状態または塩の状態で水和物または溶媒和物を形成することもあるが、これらの状態も本発明の範囲に含まれるものとする。
【００５０】
本発明のピリミジンヌクレオシド化合物は、構造変化（異性化）を可逆的に制御することができる。また、光源のＯＮ／ＯＦＦにより構造を変化させることができ構造制御が容易である。また、適当なポリメラーゼの使用により核酸合成にも利用可能と期待される。
【００５１】
塩基部分に光応答性基を導入することは、分子構造全体への影響が少ないため、核酸の機能を保持しつつ活性を制御することができると考えられる。本発明のピリミジンヌクレオシド化合物に由来する塩基を含むポリヌクレオチドは、塩基部分が修飾されているため、ＤＮＡの二重らせん構造、ならびにＲＮＡのリボザイムおよびアプタマーなどの高次構造形成を、上記修飾の影響を受けることなく良好に行うことができる。本発明のピリミジンヌクレオシド化合物はピリミジン核の５位に光応答性基が導入されているため、ポリヌクレオチドにおいて相補鎖との水素結合を阻害することがない。また、特にＢ型二重らせんを制御する場合に、Ｅ体においてバックボーンとの立体障害をほとんどなくすことができる。
【００５２】
本発明のピリミジンヌクレオシド化合物は同様の理由によりＰＣＲ法またはＲＣＡ法などの核酸増幅技術によって簡便にポリヌクレオチドに導入することができる。また、公知の核酸合成技術により、本発明のピリミジンヌクレオシド化合物由来のヌクレオチドを用いて、本発明のピリミジンヌクレオシド化合物に由来する塩基を含むポリヌクレオチドを合成することも可能である。
【００５３】
〔異性化方法および光特性を変化させる方法〕
さらに本発明は、本発明のピリミジンヌクレオシド化合物に光を照射することにより、該化合物を異性化する方法、および本発明のピリミジンヌクレオシド化合物に光を照射することにより、該化合物の光特性を変化させる方法に関する。
【００５４】
先に説明したように、本発明のピリミジンヌクレオシド化合物は、一般式（１）で表される基のエチレン性二重結合部のＥ−Ｚ異性化を、可逆的に起こすことができる。本発明のピリミジンヌクレオシド化合物は、Ｅ体およびＺ体何れにおいても高い安定性を有するため、光照射しない限り異性化が進行せず、光照射によって異性化（Ｅ→Ｚ異性化およびＺ→Ｅ異性化）を制御することができる。Ｅ→Ｚ異性化は、Ｅ体に対して紫外光または可視光の光（例えば、波長３５０〜５００ｎｍの光）を照射することにより起こすことができる。Ｚ→Ｅ異性化は、Ｚ体に対して、Ｅ→Ｚ異性化に使用する光より短波長の光（例えば波長２９０〜３５０ｎｍ）を照射することにより起こすことができる。Ｅ→Ｚ光異性化およびＺ→Ｅ光異性化何れにおいても、室温で容易に進行し得る。また、異性化のための光照射時間、使用する光源および照射光の強度等の異性化条件は、適宜設定すればよい。異性化条件については、後述の実施例も参照できる。
【００５５】
本発明のピリミジンヌクレオシド化合物は、Ｅ体とＺ体との間で吸収スペクトル、蛍光強度、および量子収率などの光特性が異なる。したがって、光照射による異性化により、本発明のピリミジンヌクレオシド化合物の光物性を変化させることができる。さらに、光異性化は可逆的に起こすことができるため、本発明のピリミジンヌクレオシド化合物へ異なる波長の光を繰り返し照射することにより、化合物の光特性を可逆的に変化させることができる。光特性を変化させるための光照射条件については、上述の通りである。
【００５６】
〔熱的安定性を変化させる方法〕
さらに本発明は、本発明のポリヌクレオチドに光を照射することにより、該ポリヌクレオチドの熱的安定性を変化させる方法に関する。
【００５７】
本発明のポリヌクレオチドは、上述のピリミジンヌクレオシド化合物に由来する塩基を含んでいるため、エチレン性二重結合を介して一般式（１）で表される基が結合したピリミジン核を含んでいる。そのため、このエチレン性二重結合部のＥ−Ｚ異性化を、光照射により可逆的に起こすことができる。本発明のポリヌクレオチドは、Ｅ体とＺ体との間で融解温度（Ｔｍ値）などの熱的安定性が異なる。
【００５８】
したがって、光照射による異性化により、本発明のポリヌクレオチドの熱的安定性を変化させることができる。さらに、光照射による熱的安定性の変化は可逆的に起こすことができる。熱的安定性を変化させるための光照射条件については、上述のピリミジンヌクレオシド化合物を異性化させるための光照射条件と同じである。
【００５９】
なお、本明細書において、ポリヌクレオチドがＥ体（Ｚ体）であるとは、ポリヌクレオチド中に上述のピリミジンヌクレオシド化合物に由来する塩基を１塩基含む場合において、一般式（１）で表される基と、この基が結合しているピリミジン核との位置関係がＥ体（Ｚ体）である、ポリヌクレオチドを指すものとする。また、本実施形態においては、上述のピリミジンヌクレオシド化合物に由来する塩基を１塩基含むポリヌクレオチドについて説明しているが、本発明のポリヌクレオチドに含まれる、上述のピリミジンヌクレオシド化合物に由来する塩基の数は１塩基に限定されるものではない。
【００６０】
〔光スイッチング型デバイス材料〕
さらに本発明は、本発明のピリミジンヌクレオシド化合物および当該ピリミジンヌクレオシド化合物由来のポリヌクレオチドの少なくとも何れか一方を含む光スイッチング型デバイス材料に関する。
【００６１】
本発明の光スイッチング型デバイス材料は、本発明のピリミジンヌクレオシド化合物および１種以上の上記ポリヌクレオチドの少なくとも何れかを含んで構成される。また、本発明の光スイッチング型デバイス材料は、エレクトロニックデバイスに通常使用される他の成分を含むこともできる。
【００６２】
本発明において「光スイッチング型」とは、光照射により機能や構造をスイッチングすることができる性質をいう。先に説明したように、本発明のピリミジンヌクレオシド化合物は、光照射により可逆的に異性化し、構造を変化させることができ、それに伴い光特性を変えることができる。この性質を利用し、例えばＥ体の状態をオンまたはデジタル信号におけるビットの１とし、Ｚ体の状態をオフまたはデジタル信号におけるビットの０とすることにより、スイッチング素子および記憶素子などのエレクトロニックデバイスを形成することができる。特に、本発明の光スイッチング型デバイス材料は、光駆動型ナノデバイスの光スイッチとして好適である。
【００６３】
以下に実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが参考として援用される。
【００６４】
なお、以下の実施例は、下記の概略スキーム１を参照して説明する。
【００６５】
【化８】
2010059116.tif 000009
【実施例】
【００６６】
〔実施例１：５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−５−ヨード−２’−デオキシウリジンの合成〕
２．０ｇの５−ヨード−２’−デオキシウリジン（スキーム１中の化合物１）を２口ナス型フラスコに入れ、ピリジン（１０ｍＬ）で３回共沸した。次いで減圧および窒素置換を３回繰り返し、系内を十分に窒素置換した。そこへ３０ｍＬのピリジン、および６ｍＬのトリエチルアミンを加え、さらに、ピリジン（１０ｍＬ）に溶解させた２．１０ｇのジメトキシトリチルクロライドを、０℃でゆっくり滴下した。その後、反応溶液を室温で５時間攪拌した。反応後、エバポレーターで溶媒を除去し、次いで中圧液体クロマトグラフにより精製した。その際、展開溶媒にはクロロホルム／メタノールを使用した。目的物を含むフラクションを回収し展開溶媒を除去することにより、２．９７ｇの５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−５−ヨード−２’−デオキシウリジン（スキーム１中の化合物２）を白色粉末として得た。同定結果を以下に示す。
1H NMR (CDCl3) δ: 8.15 (s, 1H), 7.22-7.42 (m, 11H), 6.84 (m, 4H), 6.32 (dd, J = 7.8, 6.4, 1H), 4.55 (m, 1H), 4.10 (m, 1H), 3.79 (s, 6H), 3.41 (dd, J = 10.7, 2.9, 1H), 3.36 (dd, J = 10.7, 2.9, 1H), 2.51 (ddd, J = 13.7, 5.4, 2.0, 1H), 2.29 (m, 1H). FAB MS (M+H)+Calculated: 657.12; Found: 657.14.。
【００６７】
〔実施例２：５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−５−ビニル−２’−デオキシウリジンの合成〕
実施例１において得られた７００ｍｇの５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−５−ヨード−２’−デオキシウリジンを２口ナス型フラスコに入れ、３ｍＬのＮ−メチルピロリドンを加えた後、溶液をアルゴンガスで１０分間バブリングした。次いで１３４ｍｇのテトラキス（トリフェニルフォスフィン）パラジウム、および０．６２ｍＬのトリブチルビニルすずを加え、反応溶液を１１０℃で１時間加熱還流した。反応後、中圧液体クロマトグラフにより精製した。その際、展開溶媒にはクロロホルム／メタノールを使用した。目的物を含むフラクションを回収し展開溶媒を除去することにより、１７６ｍｇの５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−５−ビニル−２’−デオキシウリジン（スキーム１中の化合物３）を白色粉末として得た。同定結果を以下に示す。
1H NMR (CDCl3) δ: 9.09 (s, 1H), 7.68 (s, 1H), 7.39 (d, J = 7.3, 1H) 7.32-7.23 (m, 9H), 6.86-6.81 (m, 4H), 6.40 (t, J = 7.32, 1H), 4.93 (dd, J = 10.3, 3.4, 1H), 4.56 (s, 1H), 4.10 (d, J = 2.9, 1H), 3.45 (dd, J = 10.7, 3.4, 1H), 3.37 (dd, J = 10.7, 3.4, 1H), 2.47 (ddd, J = 13.6, 5.4, 2.9, 1H), 2.32-2.26 (m, 1H), 1.81 (s, 1H). 13C NMR (CDCl3) δ: 161.9, 158.7, 149.6, 144.2, 136.7, 136.1, 135.4, 135.3, 130.0, 128.1, 128.0, 127.5, 127.1, 123.8, 116.4, 113.3, 113.2, 112.8, 86.9, 86.2, 85.0, 77.2, 72.1, 63.4, 55.2, 41.1. FAB MS (M+H)+ Calculated: 557.23; Found: 557.19.。
【００６８】
〔実施例３：５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−５−（（Ｅ）−２−（ピレニル）ビニル）−２’−デオキシウリジンの合成〕
１４１ｍｇのトリフェニルフォスフィンを２口ナス型フラスコに入れ、減圧および窒素置換を３回繰り返し、系内を十分に窒素置換した。そこへ１０ｍＬのＤＭＦ、４８．５ｍｇのパラジウム（ＩＩ）アセテイト、および４４９ｍＬのトリエチルアミンを加え、６０℃で１０分間攪拌した。反応溶液がワインレッドに変色するのを確認した後、ＤＭＦ（５ｍＬ）に溶解させた９１１ｍｇの１−ブロモピレン、およびＤＭＦ（５ｍＬ）に溶解させた実施例２において得られた１．２ｇの５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−５−ビニル−２’−デオキシウリジンを順に加え、１１５℃で１時間加熱還流した。反応後、触媒を濾去し、濾液を中圧液体クロマトグラフにより精製した。その際、展開溶媒にはクロロホルム／メタノールを使用した。目的物を含むフラクションを回収し展開溶媒を除去することにより、１．０４ｇの５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−５−（（Ｅ）−２−（ピレニル）ビニル）−２’−デオキシウリジン（スキーム１中の化合物４）をオレンジ色のオイルとして得た。同定結果を以下に示す。
1H NMR (CDCl3) δ: 9.37 (s, 1H), 8.54 (d, J = 16.1, 1H), 8.20 (d, J = 9.8, 1H), 8.12-7.58 (m, 8H), 7.51-7.08 (m, 9H), 6.68 (d, J = 8.8, 1H), 6.53 (dd, J = 7.8, 6.3, 1H), 6.35 (d, J = 16.1, 1H), 4.61 (s, 1H), 4.18 (s, 1H), 3.64-3.58 (m, 1H), 3.35 (dd, J = 10.7, 2.9, 1H), 2.61-2.56 (m, 1H), 2.47-2.40 (m, 1H). 13C NMR (CDCl3) δ: 162.6, 162.0, 158.6, 149.5, 144.2, 137.3, 135.3, 135.2, 132.1, 131.4, 130.9, 130.6, 129.9, 128.2, 128.1, 127.7, 127.3, 127.2, 127.1, 125.8, 125.0, 124.9, 124.8, 124.7, 123.5, 123.4, 123.3, 123.1, 86.9, 86.6, 85.4, 77.2, 72.5, 63.5, 54.9, 41.4, 36.5, 31.4. FAB MS (M+H)+ Calculated: 757.29; Found: 757.23.。
【００６９】
〔実施例４：５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−５−（（Ｅ）−２−（フルオレニル）ビニル）−２’−デオキシウリジンの合成〕
１４１ｍｇのトリフェニルフォスフィンを２口ナス型フラスコに入れ、減圧および窒素置換を３回繰り返し、系内を十分に窒素置換した。そこへ１０ｍＬのＤＭＦ、４８．５ｍｇのパラジウム（ＩＩ）アセテイト、および４４９ｍＬのトリエチルアミンを加え、６０℃で１０分間攪拌した。反応溶液がワインレッドに変色するのを確認した後、ＤＭＦ（５ｍＬ）に溶解させた７９４ｍｇの２−ブロモフルオレン、およびＤＭＦ（５ｍＬ）に溶解させた実施例２において得られた１．２ｇの５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−５−ビニル−２’−デオキシウリジンを順に加え、１１５℃で１時間加熱還流した。反応後、触媒を濾去し、濾液を中圧液体クロマトグラフにより精製した。その際、展開溶媒にはクロロホルム／メタノールを使用した。目的物を含むフラクションを回収し展開溶媒を除去することにより、８５４ｍｇの５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−５−（（Ｅ）−２−（フルオレニル）ビニル）−２’−デオキシウリジン（スキーム１中の化合物５）を黄色粉末として得た。同定結果を以下に示す。
1H NMR (CDCl3) δ: 9.33 (s, 1H), 8.03 (s, 1H), 7.70 (d, J = 7.8, 1H), 7.11-7.53 (m, 14H), 6.90-6.96 (m, 2H), 6.77 (m, 4H), 6.49 (m, 1 H), 6.36 (d, J = 16.1, 1H), 4.57 (s, 1H), 4.15 (m, 1H), 3.59-3.69 (m, 8H), 3.31 (m, 1H), 2.54 (m, 1H), 2.39 (m, 1H), 1.85 (s, 1H). 13C NMR (CDCl3) δ: 162.1, 158.6, 149.6, 144.3 143.5, 143.2, 141.4, 141.0, 136.0, 135.8, 135.5, 135.4, 130.6, 129.9, 128.0, 127.2, 126.7, 126.5, 126.4, 125.6, 124.9, 122.7, 119.8, 119.5, 113.3, 113.1, 86.8, 86.5, 85.3, 72.4, 63.5, 55.1, 41.4, 36.6. FAB MS (M+H)+ Calculated: 757.29; Found: 757.23.。
【００７０】
〔実施例５：５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−３’−Ｏ−（２−シアノエトキシ−（Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルアミノ）−フォスフィノ）−５−（（Ｅ）−２−（ピレニル）ビニル）−２’−デオキシウリジンの合成〕
実施例３において得られた６２０ｍｇの５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−５−（（Ｅ）−２−（ピレニル）ビニル）−２’−デオキシウリジンを２口ナス型フラスコに入れ、減圧および窒素置換を３回繰り返し、系内を十分に窒素置換した。そこへジクロロメタンを５ｍＬ、２−シアノエチルテトライソプロピルフォスフォロジアミダイトを４４９ｍＬ、およびアセトニトリルに溶解した０．２５Ｍのテトラゾールを３．９５ｍＬ加え室温で１時間攪拌した。反応後、溶媒を除去し中圧液体クロマトグラフにより精製した。その際、展開溶媒にはジクロロメタン／メタノールを使用した。目的物を含むフラクションを回収し展開溶媒を除去することにより、４５４ｍｇの５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−３’−Ｏ−（２−シアノエトキシ−（Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルアミノ）−フォスフィノ）−５−（（Ｅ）−２−（ピレニル）ビニル）−２’−デオキシウリジン（スキーム１中の化合物６）を黄色粉末として得た。同定結果を以下に示す。
FAB MS (M+H)+ Calculated: 957.40; Found: 957.50.。
【００７１】
〔実施例６：５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−３’−Ｏ−（２−シアノエトキシ−（Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルアミノ）−フォスフィノ）−５−（（Ｅ）−２−（フルオレニル）ビニル）−２’−デオキシウリジンの合成〕
実施例４において得られた６２０ｍｇの５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−５−（（Ｅ）−２−（フルオレニル）ビニル）−２’−デオキシウリジンを２口ナス型フラスコに入れ、減圧および窒素置換を３回繰り返し、系内を十分に窒素置換した。そこへジクロロメタンを５ｍＬ、２−シアノエチルテトライソプロピルフォスフォロジアミダイトを３０１ｍＬ、およびアセトニトリルに溶解した０．２５Ｍのテトラゾールを３．７９ｍＬ加え、室温で１時間攪拌した。反応後、溶媒を除去し中圧液体クロマトグラフにより精製した。その際、展開溶媒にはジクロロメタン／メタノールを使用した。目的物を含むフラクションを回収し展開溶媒を除去することにより、５１２ｍｇの５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−３’−Ｏ−（２−シアノエトキシ−（Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルアミノ）−フォスフィノ）−５−（（Ｅ）−２−（フルオレニル）ビニル）−２’−デオキシウリジン（スキーム１中の化合物７）を黄色粉末として得た。同定結果を以下に示す。
FAB MS (M+H)+ Calculated: 921.40; Found: 921.12.。
【００７２】
〔実施例７：５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−３’−Ｏ−（２−シアノエトキシ−（Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルアミノ）−フォスフィノ）−４−（１，２，４−トリアゾリル）−５−（（Ｅ）−２−（ピレニル）ビニル）−２’−デオキシウリジンの合成〕
１．１７ｇの１，２，４−トリアゾールを２口ナス型フラスコに入れ、減圧および窒素置換を３回繰り返し、系内を十分に窒素置換した。そこへ２５ｍＬのアセトニトリル、３３４ｍＬの塩化スルホリル、および２．３６ｍＬのトリエチルアミンを加え、０℃で３０分間攪拌した。次いで、アセトニトリルに溶解させた実施例５において得られた５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−３’−Ｏ−（２−シアノエトキシ−（Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルアミノ）−フォスフィノ）−５−（（Ｅ）−２−（ピレニル）ビニル）−２’−デオキシウリジンを２５０ｍｇ加え、０℃で２時間攪拌した。反応後、溶媒を除去し中圧液体クロマトグラフにより精製した。その際、展開溶媒にはジクロロメタン／メタノールを使用した。目的物を含むフラクションを回収し展開溶媒を除去することにより、１６５ｍｇの５’−Ｏ−（４，４’−ジメトキシトリチル）−３’−Ｏ−（２−シアノエトキシ−（Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルアミノ）−フォスフィノ）−４−（１，２，４−トリアゾリル）−５−（（Ｅ）−２−（ピレニル）ビニル）−２’−デオキシウリジン（スキーム１中の化合物８）を黄色粉末として得た。同定結果を以下に示す。
FAB MS (M+H)+ Calculated: 1010.44; Found: 1010.63.。
【００７３】
〔実施例８：光異性化反応および光特性の変化〕
５−（２−（ピレニル）ビニル）−２’−デオキシウリジン（以下、５ＰＶＵと称する）を含有する１１ｍｅｒのオリゴヌクレオチド（５’−ＣＡＧＴＡＸＧＴＡＣＧ−３’）とその相補鎖（５’−ＣＧＴＡＣＡＴＡＣＴＧ−３’）（配列番号１）をそれぞれ５ｍＭになるよう反応溶液（１００ｍＭ  ＮａＣｌ，１０ｍＭ  リン酸バッファー;ｐＨ７．０)を調製し、ストックソリューションとした（図１（ａ））。オリゴヌクレオチド中のＸは図１（ｂ）に示す構造の塩基である。ストックソリューションから２００ｍＬを１ｃｍ角の石英セルに移し、暗所で４３０ｎｍの光を室温で４分間照射し、Ｅ体からＺ体へ光異性化させた。この際、光源には（株）朝日分光のＭＡＸ−３０２を使用し、フィルターには同社のＭＸ０４３０を使用した。Ｅ体およびＺ体それぞれのＵＶ／可視光吸収スペクトルを図１に、蛍光スペクトルを図２に示す。
【００７４】
図２および図３に示すように、Ｚ体ではＥ体に比べ、吸収および蛍光スペクトル共にブルーシフト（短波長側にシフト）していることが分かる。これは異性化に典型的な変化である。
【００７５】
〔実施例９：異性化による二本鎖の熱的安定性の変化〕
実施例８におけるストックソリューションから２００ｍＬを１ｃｍ角の石英セルに移し、暗所で４３０ｎｍの光を室温で４分間照射し、Ｅ体からＺ体へ光異性化させた。この際、光源には（株）朝日分光のＭＡＸ−３０２を使用し、フィルターには同社のＭＸ０４３０を使用した。Ｅ体およびＺ体それぞれの融解温度（Ｔｍ値）をＴｍ曲線（図３）より算出した。Ｅ体のＴｍ値は２９℃、Ｚ体のＴｍ値は２２．５℃であり、その差（ΔＴｍ）は６．５℃であった。このように光異性化を利用し、二本鎖の熱的安定性をコントロールできる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明によれば、光により構造および光特性の可逆的変化を引き起こすことができるヌクレオシドを提供できるので、光により可逆的に機能を制御し得るポリヌクレオチドを製造することができる。そのため、生化学分野および医学分野などの産業において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本実施例に係るオリゴヌクレオチドを示す図であり、（ａ）は本発明の５ＰＶＵを含有する１１ｍｅｒのオリゴヌクレオチドの配列、およびその相補鎖の配列を示しており、（ｂ）は（ａ）中のＸで表されている５ＰＶＵの構造を示している。
【図２】本実施例に係るオリゴヌクレオチドのＵＶ／可視光吸収スペクトルを示す図である。
【図３】本実施例に係るオリゴヌクレオチドの蛍光スペクトルを示す図である。
【図４】本実施例に係るオリゴヌクレオチドのＴｍ曲線を示す図である。
【図１】
2010059116.tif 000011
【図２】
2010059116.tif 000012
【図３】
2010059116.tif 000013
【図４】
2010059116.tif 000014
【配列表】
2010059116000001.app