(57)【要約】      （修正有）【課題】局所的なｐＨ環境を高感度で正確に検出することができるｐＨセンサー化合物の提供。【解決手段】式で表わされる化合物を代表例とするウラシルヌクレオシド誘導体。2015221769.tif 000016【選択図】図１
2015221769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記式Ｉ：
【化１２】
2015221769.tif 000014
［式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ互いに独立し、同一又は異なって、水素原子又はＣ１〜Ｃ１０のアルキル基であり、Ｒ３は、水素原子、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基又はメトキシ基であり、Ｒ４は、水素原子又は水酸基である。］
で示されるウラシルヌクレオシド誘導体。
【請求項２】
前記Ｒ１及びＲ２が水素原子である、請求項１に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
【請求項３】
前記Ｒ１が水素原子であり、前記Ｒ２がＣ１〜Ｃ１０のアルキル基である、請求項１に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
【請求項４】
前記Ｒ３が水素原子である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
【請求項５】
前記Ｒ４が水素原子である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
【請求項６】
生体内におけるｐＨ環境の変化を検出するためのものである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のウラシルヌクレオシド誘導体を含むプローブ。
【請求項７】
下記式（ＩＩ）：
【化１３】
2015221769.tif 000015
［式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ互いに独立し、同一又は異なって、水素原子又はＣ１〜Ｃ１０のアルキル基であり、Ｒ３は、水素原子、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基又はメトキシ基であり、Ｒ４は、水素原子又は水酸基であり、ｓは、１、２又は３である。］
で示されるウラシルヌクレオチド誘導体。
【請求項８】
前記Ｒ１及びＲ２が水素原子である、請求項７に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
【請求項９】
前記Ｒ１が水素原子であり、前記Ｒ２がＣ１〜Ｃ１０のアルキル基である、請求項７に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
【請求項１０】
前記Ｒ３が水素原子である、請求項７〜９のいずれか一項に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
【請求項１１】
前記Ｒ４が水素原子である、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
【請求項１２】
ポリヌクレオチドにおいて少なくとも１つのヌクレオチドが請求項７〜１１のいずれか一項に記載のウラシルヌクレオチド誘導体で置換されてなるポリヌクレオチド誘導体。
【請求項１３】
請求項１２に記載のポリヌクレオチド誘導体を含むプローブ。
【請求項１４】
生体内におけるｐＨ環境の変化を検出するためのものである、請求項１３に記載のプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩基部位の５位が、アントラセン及び２−アミノピリジン誘導体を含む置換基で置換されてなるウラシルヌクレオシド誘導体に関する。また本発明は、該ウラシルヌクレオシド誘導体を含むウラシルヌクレオチド誘導体、さらには少なくとも１つのヌクレオチドが該ウラシルヌクレオチド誘導体で置換されてなるポリヌクレオチド誘導体に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでに極性やｐＨなどの周囲の環境変化に伴って発光強度を変化させる蛍光分子については多数の報告がされている。ヌクレオシドに関しても同様であり、環境感応型の蛍光ヌクレオシドに関して多くの報告例がある。本発明者らのグループも、周囲のｐＨ環境の変化に応じて蛍光発光のon-offが切り替わる化合物の研究開発を進めてきた（下記式で示される化合物、非特許文献１："Fluorescent nucleosides with 'on-off’ switching function, pH-responsive fluorescent uridine derivatives"（Bioorg. Med. Chem. Lett. 2012, 22, 2753）参照）。
【化１】
2015221769.tif 000003
［式中、R1及びR2は、それぞれ互いに独立し、同一又は異なって、水素原子、メチル基、n-ブチル基、t-ブチル基などである。］
この化合物は、特定のｐＨを境に蛍光発光のon-offが切り替わる化合物であり、酸性の条件下で強い蛍光発光を示し、塩基性から中性の条件下で消光するという性質を有している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】"Fluorescent nucleosides with 'on-off’ switching function, pH-responsive fluorescent uridine derivatives"（Bioorg. Med. Chem. Lett. 2012, 22, 2753）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特定のｐＨを境に蛍光発光のon-offが切り替わるという性質を利用すれば、生体内における局所的なｐＨ環境の変化を検出することが可能である。しかし、実際の細胞等への応用を考えた場合、細胞内における蛍光分子の分布は一様ではないため、分布量が少ない場合には蛍光強度が弱くなってしまい、本来発光するｐＨ領域に存在しているにも拘わらず、消光しているように見えてしまい、十分な検出感度が得られないということも考えられる。
このような状況の下、局所的なｐＨ環境をより高感度で正確に検出することができるｐＨセンサー化合物の提供が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明者らは、周囲のｐＨ環境の変化に応じて蛍光発光のon-offが切り替わる化合物についてさらに研究を進めたところ、アントラセンとピリジンとを炭素−炭素三重結合を介して連結した蛍光性分子をウラシルヌクレオシド誘導体に導入した化合物（下記式参照）が、先の化合物とは発光するｐＨ領域が反転し、中性から塩基性の条件下で蛍光発光し、酸性の条件下で消光することを見出した。この化合物が上記のような性質を示すのは、酸性の条件下でピリジンがプロトン化されて消光し、中性から塩基性の条件下ではこのような消光が起こらないためであると考えられる。
【化２】
2015221769.tif 000004
【０００６】
本発明者らは、さらに研究を進めるべく、上記の化合物において、ピリジンに替えて２−アミノピリジン又はその誘導体を用いてみたところ、中性から塩基性の条件下で緑色に発光し、酸性の条件下で上記の化合物で見られた消光が見られず、代わりに大きな発光波長変化を示し、長波長側で黄色く発光するといった現象が見られることを見出した。より高感度で正確にｐＨ環境の検出を行いたい場合には、特定のｐＨを境に蛍光発光のon-offが切り替わる化合物よりも、蛍光発光波長が変化する化合物の方が、蛍光発光色の違いによってｐＨ環境の変化を検出できるという点で、より好ましいといえる。本発明者らはこれらの知見をもとに本発明を完成させた。
【０００７】
すなわち、本発明は、以下に示したウラシルヌクレオシド誘導体、ウラシルヌクレオチド誘導体及びポリヌクレオチド誘導体ならびにそれらを含むプローブに関するものである。
［１］下記式Ｉ：
【化３】
2015221769.tif 000005
［式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ互いに独立し、同一又は異なって、水素原子又はＣ１〜Ｃ１０のアルキル基であり、Ｒ３は、水素原子、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基又はメトキシ基であり、Ｒ４は、水素原子又は水酸基である。］
で示されるウラシルヌクレオシド誘導体。
［２］前記Ｒ１及びＲ２が水素原子である、［１］に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
［３］前記Ｒ１が水素原子であり、前記Ｒ２がＣ１〜Ｃ１０のアルキル基である、［１］に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
［４］前記Ｒ３が水素原子である、［１］〜［３］のいずれか一項に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
［５］前記Ｒ４が水素原子である、［１］〜［４］のいずれか一項に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
［６］生体内におけるｐＨ環境の変化を検出するためのものである、［１］〜［５］のいずれか一項に記載のウラシルヌクレオシド誘導体を含むプローブ。本発明はまた、［１］〜［５］のいずれか一項に記載のウラシルヌクレオシド誘導体を含むプローブを用いて、生体内におけるｐＨ環境の変化を検出する方法にも関する。
［７］下記式（ＩＩ）：
【化４】
2015221769.tif 000006
［式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ互いに独立し、同一又は異なって、水素原子又はＣ１〜Ｃ１０のアルキル基であり、Ｒ３は、水素原子、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基又はメトキシ基であり、Ｒ４は、水素原子又は水酸基であり、ｓは、１、２又は３である。］
で示されるウラシルヌクレオチド誘導体。
［８］前記Ｒ１及びＲ２が水素原子である、［７］に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
［９］前記Ｒ１が水素原子であり、前記Ｒ２がＣ１〜Ｃ１０のアルキル基である、［７］に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
［１０］前記Ｒ３が水素原子である、［７］〜［９］のいずれか一項に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
［１１］前記Ｒ４が水素原子である、［７］〜［１０］のいずれか一項に記載のウラシルヌクレオシド誘導体。
［１２］ポリヌクレオチドにおいて少なくとも１つのヌクレオチドが［７］〜［１１］のいずれか一項に記載のウラシルヌクレオチド誘導体で置換されてなるポリヌクレオチド誘導体。
［１３］［１２］に記載のポリヌクレオチド誘導体を含むプローブ。
［１４］生体内におけるｐＨ環境の変化を検出するためのものである、［１３］に記載のプローブ。本発明はまた、［１３］に記載のプローブを用いて、生体内におけるｐＨ環境の変化を検出する方法にも関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、塩基部位の５位が、アントラセン及び２−アミノピリジン誘導体を含む置換基で置換されてなるウラシルヌクレオシド誘導体、該ウラシルヌクレオシド誘導体にリン酸がエステル結合してなるウラシルヌクレオチド誘導体、さらには少なくとも１つのヌクレオチドが、該ウラシルヌクレオチド誘導体で置換されてなるポリヌクレオチド誘導体を提供する。
本発明の好ましい態様によれば、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、周囲のｐＨ環境の変化に伴って蛍光発光波長を変化させることができる。この性質を利用して、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体を、例えば生体内におけるｐＨ環境の変化を検出するためのプローブとして用いることができる。本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、ヌクレオシド型の化合物であるため、蛍光物質のみの場合と比べて溶解性が良好であり、細胞膜透過性も向上すると考えられることから、生体内における局所的なｐＨ環境の変化を検出するためのプローブとしての有用性は高いと考えられる。
また、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、ヌクレオシド型の化合物であるため、オリゴヌクレオチド鎖へ容易に導入することが可能である。本発明のウラシルヌクレオシド誘導体又はウラシルヌクレオチド誘導体を導入してなるポリヌクレオチド誘導体は、タンパク質又は細胞内における局所的なｐＨ環境の調査用プローブとして利用可能である。また、本発明のポリヌクレオチド誘導体を標的ＤＮＡやＲＮＡを検出する試薬として用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例化合物であるウラシルヌクレオシド誘導体（化合物１ａ）を各種ｐＨ濃度の溶媒に溶解した溶液のＵＶスペクトル（ａ）、蛍光スペクトル（ｂ）及び蛍光強度の変化（ｃ）を示す図である。
【図２】本発明の実施例化合物であるウラシルヌクレオシド誘導体（化合物１ｂ）を各種ｐＨ濃度の溶媒に溶解した溶液のＵＶスペクトル（ａ）、蛍光スペクトル（ｂ）及び蛍光強度の変化（ｃ）を示す図である。
【図３】比較例化合物であるウラシルヌクレオシド誘導体（化合物１’）を各種ｐＨ濃度の溶媒に溶解した溶液のＵＶスペクトル（ａ）、蛍光スペクトル（ｂ）及び蛍光強度の変化（ｃ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体、ウラシルヌクレオチド誘導体、ポリヌクレオチド誘導体及びプローブ等について詳細に説明する。
【００１１】
本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、下記式（Ｉ）：
【化５】
2015221769.tif 000007
［式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ互いに独立し、同一又は異なって、水素原子又はＣ１〜Ｃ１０のアルキル基であり、Ｒ３は、水素原子、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基又はメトキシ基であり、Ｒ４は、水素原子又は水酸基である。］
で示される化合物である。
【００１２】
本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、塩基部位の５位に、炭素−炭素三重結合を介して、アントラセンと２−アミノピリジン誘導体とを炭素−炭素三重結合で連結してなる蛍光性分子を導入するように設計されている。本発明の好ましい態様によれば、上記のウラシルヌクレオシド誘導体は、周辺のｐＨ環境の変化に応じて、酸性条件下で黄色く発光し、中性から塩基性条件下で緑色に発光し、蛍光発光波長を変化させることができる。
【００１３】
式（Ｉ）中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ互いに独立し、同一又は異なって、水素原子又はＣ１〜Ｃ１０のアルキル基である。
本明細書において「Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基」は、炭素数が１から１０のアルキル基を意味する。Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基は、線状でもよいし、枝分かれでもよく、Ｃ１〜Ｃ６のアルキル基が好ましく、Ｃ１〜Ｃ４のアルキル基がより好ましい。好ましいアルキル基の例としては、制限するわけではないが、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ドデカニル等が挙げられる。
これらの中でも、Ｒ１としては、水素原子、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、シクロヘキシル基などが好ましい。
【００１４】
式（Ｉ）中、Ｒ３は、水素原子、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基又はメトキシ基である。「Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基」については、Ｒ１及びＲ２で説明したとおりであり、好ましいアルキル基の例についても同じものを挙げることができる。Ｒ３が、水素原子、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基又はメトキシ基であると、酸性条件下で、ピリジン骨格の反対側の位置に結合した２−アミノ基又はその誘導体がプロトン化されるため、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体が長波長側で黄色く発光することができる。これらの中でも、Ｒ３としては、水素原子が好ましい。
【００１５】
本発明のウラシルヌクレオシド誘導体において、ウラシル塩基と結合する五炭糖は、２−デオキシリボースでもリボースでもよく、式（Ｉ）中、Ｒ４は、水素原子又は水酸基である。本発明のウラシルヌクレオシド誘導体をヌクレオチドに導入してＤＮＡ型のプローブとして用いるときは、Ｒ４は水素原子が好ましく、ＲＮＡ型のプローブとして用いるときは、Ｒ４としては水酸基が好ましい。
【００１６】
上記のとおり、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、塩基部位の５位に、炭素−炭素三重結合を介して、アントラセンと２−アミノピリジン誘導体とを炭素−炭素三重結合で連結してなる蛍光性分子を導入し、核酸塩基部位と蛍光性分子、アントラセンと２−アミノピリジン誘導体とがπ共役系を形成できるように設計されている。理論に束縛されるものではないが、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、酸性条件下では、２−アミノ基又はその誘導体がプロトン化されることによって、イミノ型に異性化し、共役系が伸びて、長波長側で黄色く発光し、中性から塩基性条件下では、そのようなプロトン化がされないために、緑色に発光し、ｐＨ環境の変化に応じて蛍光発光波長を変化させることができるものと考えられる。
【化６】
2015221769.tif 000008
【００１７】
上記のとおり、本発明の好ましい態様によれば、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、周囲のｐＨ環境によって二つの蛍光帯を示す特徴的な性質を有しており、周囲のｐＨ環境の変化を蛍光発光色の違いによって識別することが可能である。この性質を利用して、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体を、生体内におけるｐＨ環境の変化を検出するためのプローブとして好適に利用することができる。
【００１８】
本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、ウラシルヌクレオシドの５位にエチニル基を介して蛍光分子を導入することにより、簡便な方法で合成することができる。
本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、例えば、下記のスキームに従って製造することができる。
【化７】
2015221769.tif 000009
［式中、ＸはＩ又はＢｒであり、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、式（Ｉ）中のＲ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４と同義である。Ｒ及びＲ’は、それぞれ互いに独立し、同一又は異なって、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基である。］
【００１９】
以下、各工程について説明する。
＜工程ａ）＞
工程ａ）では、化合物３、任意のアルキル基を有するアルキルアミン（ＮＨＲＲ’、式中、Ｒ及びＲ’は、それぞれ互いに独立し、同一又は異なって、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基である。）、及び、炭酸カリウム、水素化ナトリウム、ナトリウムメトキシドなどの塩基を溶媒に溶解させ、加熱還流させる。
アルキルアミンは、化合物３に対して等モルないしやや過剰に用いることが好ましく、その使用量は、化合物３に対して１．２〜３（モル倍量）が好ましい。
また、炭酸カリウム、水素化ナトリウム、ナトリウムメトキシドなどの塩基は、化合物３に対して等モルないしやや過剰に用いることが好ましく、その使用量は、化合物３に対して１．２〜３（モル倍量）が好ましい。
溶媒としては、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどのエーテル系溶媒、塩化メチレン、ｏ−ジクロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などのアミド、ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族化合物などを用いることができる。
反応温度は、８０〜１４０℃が好ましく、１００〜１２０℃がより好ましい。また、反応時間は、８〜２４時間が好ましく、１２〜２０時間がより好ましい。
反応終了後は、分液操作を行い、反応物を抽出した有機層を減圧濃縮する。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して化合物４を得ることができる。
【００２０】
ピリジン骨格の２位にアミノ基を有する化合物２は、工程ａ）と同様にして合成することもできるし、市販品（例えば、2−アミノ−4−ブロモピリジンなど）を用いることもできる。
【００２１】
＜工程ｂ）＞
次に、工程ｂ）において、化合物２又は４の４位にエチニル基を導入する。
化合物２又は４、トリメチルシリルアセチレン、炭酸セシウム、４，５―ビス（ジフェニルホスフィノ)−９，９−ジメチルキサンテン、及び、ビス（ベンゾニトリル）パラジウム（ＩＩ）ジクロリドを溶媒に溶解させる。
これにさらにトリエチルアミンを加えて４０〜６０℃の油浴中で１〜３時間撹拌させる。
反応終了後、溶媒を減圧濃縮した後にテトラヒドロフラン及びテトラブチルアンモニウムフルオリドを加え、室温で３０〜６０分間反応させる。
トリメチルシリルアセチレンは、化合物２又は４に対して等モルないしやや過剰に用いることが好ましく、その使用量は、化合物２又は４に対して１．２〜１．５（モル倍量）が好ましい。
炭酸セシウム、４，５―ビス（ジフェニルホスフィノ)−９，９−ジメチルキサンテン、及び、ビス（ベンゾニトリル）パラジウム（ＩＩ）ジクロリドは、それぞれ、触媒量で用いればよく、化合物２又は４に対して０．０１〜０．１（モル倍量）が好ましい。
トリエチルアミンは、化合物２又は４に対して５〜１０（モル倍量）の範囲で用いることが好ましい。
テトラヒドロフラン及びテトラブチルアンモニウムフルオリドは、それぞれ、等モルないしやや過剰の範囲で用いればよく、化合物２又は４に対して１．０〜１．２（単位：モル倍量）が好ましい。
溶媒は、工程ａ）で例示したものと同じものを用いることができる。
反応終了後は、分液操作を行い、反応物を抽出した有機層を減圧濃縮する。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して化合物５を得ることができる。
【００２２】
＜工程ｃ）＞
次に、得られた化合物５にアントラセンを導入する。
まず、化合物６、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム（０）、ヨウ化銅、及び、化合物５を溶媒に溶解させる。これにさらにＮ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミンを加えて、６０〜８０℃の油浴中で８〜１６時間反応させる。
化合物５は、化合物６に対して、等モルないしやや過剰で用いることが好ましく、その使用量は、化合物６に対して１．０〜１．２（モル倍量）が好ましい。
テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム（０）及びヨウ化銅は、それぞれ、触媒量で用いればよく、化合物６に対して０．０１〜０．１（モル倍量）が好ましい。
Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミンは、化合物６に対して５〜１０（モル倍量）の範囲で用いることが好ましい。
なお、化合物６は、既知の化合物であり、例えば、J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10083に記載の方法に準拠して合成することができる。
溶媒は、工程ａ）で例示したものと同じものを用いることができる。
反応終了後は、分液操作を行い、反応物を抽出した有機層を減圧濃縮する。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して化合物７を得ることができる。
【００２３】
＜工程ｄ）＞
次に、得られた化合物７をウラシルヌクレオシドの塩基部位の５位に導入する。
化合物７、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム（０）、ヨウ化銅、及び、化合物８を溶媒に溶解させる。これにさらにトリエチルアミンを加えて、６０〜８０℃の油浴中で８〜１６時間反応させる。
化合物７は、化合物８に対して、等モルないしやや過剰で用いることが好ましく、その使用量は、化合物７に対して１．０〜１．２（モル倍量）が好ましい。
テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム（０）及びヨウ化銅は、それぞれ、触媒量で用いればよく、化合物８に対して０．０１〜０．１（モル倍量）が好ましい。
トリエチルアミンは、化合物８に対して５〜１０（モル倍量）の範囲で用いることが好ましい。
なお、化合物８は、既知の化合物であり、例えば、Org. Biomol. Chem. 2009, 7, 3826に記載の方法に準拠して合成することができる。また、市販品を用いてもよい。
溶媒は、工程ａ）で例示したものと同じものを用いることができる。
反応終了後は、分液操作を行い、反応物を抽出した有機層を減圧濃縮する。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して式（Ｉ）で示される本発明のウラシルヌクレオシド誘導体を得ることができる。
【００２４】
次に、本発明のウラシルヌクレオチド誘導体について述べる。
本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、上述した本発明のウラシルヌクレオシド誘導体にリン酸がエステル結合した化合物であり、
下記式（ＩＩ）：
【化８】
2015221769.tif 000010
［式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ互いに独立し、同一又は異なって、水素原子又はＣ１〜Ｃ１０のアルキル基であり、Ｒ３は、水素原子、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基又はメトキシ基であり、Ｒ４は、水素原子又は水酸基であり、ｓは、１、２又は３である。］
で示される化合物である。
【００２５】
式（ＩＩ）におけるＲ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、式（Ｉ）におけるＲ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４と同義であり、好ましい例も同じである。
ｓは１、２又は３であるが、１又は３が好ましく、ポリヌクレオチド誘導体に容易に導入できることから３が特に好ましい。
【００２６】
本発明のウラシルヌクレオチド誘導体（ＩＩ）の一リン酸体（ｓ＝１）は、通常、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体（Ｉ）をトリメチルホスファイトなどの溶媒に溶解し、０℃でオキシ塩化リンを加えて反応させた後に水を加えることで簡単に合成することができる。また、三リン酸体（ｓ＝３）は、水を加える前にトリブチルアンモニウムピロリン酸（二リン酸）を加えるステップを加えることを除いて一リン酸体と同様にして合成することができる。
【００２７】
また、本発明のウラシルヌクレオチド誘導体（ＩＩ）の三リン酸体は、ＰＣＲ法を用いてＤＮＡに容易に導入することができ、ポリヌクレオチドにおいて少なくとも１つのヌクレオチドが本発明のヌクレオチド誘導体で置換された本発明のポリヌクレオチド誘導体を得ることができる。あるいは、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体に触媒量の４，４’−ジメトキシトリチルクロリドを加えて反応させて得られる化合物を、トリエチルアミンの存在下、更に２−シアノエチルジイソプロピルクロロホスホロアミジトと反応させて、得られたアミジト体を直接ＤＮＡ自動合成機にかけることで、本発明のポリヌクレオチド誘導体を得ることができる。
【００２８】
本発明のポリヌクレオチド誘導体は、ポリヌクレオチドにおいて少なくとも一つのヌクレオチドが、本発明のウラシルヌクレオチド誘導体で置換されてなるものである。
本発明において、ポリヌクレオチド誘導体はオリゴヌクレオチド誘導体であってもよい。本発明のウラシルヌクレオチド誘導体の塩基数は特に制限されなく、例えば２から１０００が好ましく、２から２００がより好ましく、２から１００が特に好ましい。
【００２９】
以上のようにして、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体、ウラシルヌクレオチド誘導体及びポリヌクレオチド誘導体を製造することができる。
本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、周囲のｐＨ環境の変化に応じて蛍光発光色を変化させることができる。このため、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、蛍光強度がon-offで切り替わる従来の化合物と比べて、検出感度（Ｓ（シグナル）／Ｎ（ノイズ）比）が向上すると考えられる。この性質を利用して、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体を、局所的なｐＨ環境の変化を検出するためのプローブとして用いることができる。
本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、ヌクレオシド型の化合物であるため、蛍光物質のみの場合と比べて溶解性が良好であり、細胞膜透過性も向上すると考えられることから、それ自体、生体内等における局所的なｐＨ環境の変化を検出するためのプローブとして利用可能である。
また、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、ヌクレオシド型の化合物であるため、ヌクレオチド誘導体を合成し、オリゴヌクレオチド鎖へ容易に導入することが可能である。本発明のウラシルヌクレオシド誘導体又はウラシルヌクレオチド誘導体をオリゴヌクレオチド鎖へ導入してなるポリヌクレオチド誘導体は、タンパク質又は細胞内における局所的なｐＨ環境の調査用プローブとして利用することができる。
また、ＤＮＡ又はＲＮＡが二重鎖を形成すると、鎖中に含まれるリン酸基の影響により局所的なｐＨ環境が変化することが知られているため、本発明のポリヌクレオチド誘導体を標的ＤＮＡやＲＮＡを検出する試薬として利用することもできる。
上記のとおり、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体、ウラシルヌクレオチド誘導体またはポリヌクレオチド誘導体を用いることによって、生体内等における局所的なｐＨ環境の変化を検出することができる。
【００３０】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら制限されない。なお、以下において、％は、質量基準に基づくものである。
【実施例１】
【００３１】
下記スキーム１に従って本発明のウラシルヌクレオシド誘導体を合成した。
【化９】
2015221769.tif 000011
【００３２】
化合物４の合成
化合物３（380 mg, 1.70 mmol）、炭酸カリウム（470 mg, 3.40 mmol）、t-ブチルアミン（0.55 ml, 5.20 mmol）をＤＭＳＯ（7 ml）に溶解させ、１２時間、１００℃で還流させた。反応溶液を室温に冷まし、酢酸エチルを加え、飽和食塩水で分液操作を行い、有機層を回収し硫酸ナトリウム（無水）で脱水させた。その後、溶媒を留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムに吸着させ、酢酸エチルーヘキサン（１：２０）の混合溶液で溶出し、化合物４（174 mg, 37 %）を得た。
1H-NMR (DMSO-d6, 400 MHz) δ 1.35 (s, 9H), 6.35 (s, 1H), 6.74 (dd, J = 1.5, 5.4 Hz, 1H), 6.94 (d, J = 1.1 Hz, 1H), 7.65 (d, J = 5.4 Hz, 1H)
【００３３】
化合物５ａの合成
化合物２（400 mg, 2.31 mmol）、トリメチルシリルアセチレン（0.38 ml, 2.77 mmol）、炭酸セシウム（39.1 mg, 0.12 mmol）、４，５―ビス（ジフェニルホスフィノ)―９，９―ジメチルキサンテン（69.4 mg, 0.12 mmol）および、ビス（ベンゾニトリル）パラジウム（II）ジクロリド（46.0 mg, 0.12 mmol）をＤＭＦ(5 ml)に溶解させた。これにさらにトリエチルアミン（2 ml）を加えて５０℃の油浴中で２時間撹拌させた。反応終了後、溶媒を減圧濃縮した後にＴＨＦ（3 ml）およびテトラブチルアンモニウムフルオリド（2.77 ml）を加え、室温で３０分間反応させた。溶媒を留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムに吸着させ、メタノール−クロロホルム（１：５０）の混合溶媒で溶出し、化合物５ａ（90.1 mg, 33 %）を得た。
1H-NMR (CDCl3, 400 MHz) δ 3.49 (s, 1H), 4.49 (br, 2H), 6.58 (s, 1H), 6.71 (dd, J = 1.0, 5.2 Hz, 1H), 8.04 (d, J = 5.2 Hz, 1H) 
【００３４】
化合物５ｂの合成
化合物４（213 mg, 0.77 mmol）、トリメチルシリルアセチレン（0.13 ml, 0.92 mmol）、炭酸セシウム（13.0 mg, 0.04 mmol）、４，５−ビス（ジフェニルホスフィノ)−９，９−ジメチルキサンテン（23.2 mg, 0.04 mmol）および、ビス（ベンゾニトリル）パラジウム（II）ジクロリド（15.3 mg, 0.04 mmol）をＤＭＦ(4 ml)に溶解させた。これにさらにトリエチルアミン（2 ml）を加えて５０℃の油浴中で２時間撹拌させた。反応終了後、溶媒を減圧濃縮した後にＴＨＦ（3 ml）およびテトラブチルアンモニウムフルオリド（0.92 ml）を加え、室温で３０分間反応させた。溶媒を留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムに吸着させ、メタノールークロロホルム（１：１００）の混合溶媒で溶出し、化合物５ｂ（87.3 mg, 65 %）を得た。
1H-NMR (DMSO-d6, 400 MHz) δ 1.36 (s, 9H), 4.29 (s, 1H), 6.35 (s, 1H), 6.41 (dd, J = 1.4, 5.2 Hz, 1H), 6.55 (m, 1H), 7.93 (dd, J = 0.6, 5.2 Hz, 1H)
【００３５】
化合物７ａの合成
化合物６（510 mg, 1.33 mmol）、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム（０）（23.1 mg, 0.02 mmol）、ヨウ化銅（13.3 mg, 0.07 mmol）および化合物５ａ（157 mg, 1.33 mmol）をＤＭＦ（7 ml）に溶解させた。これにさらにＮ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン（2 ml）を加えて、７０℃の油浴中で１４時間反応させた。反応後、溶媒を留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムに吸着させ、メタノール−クロロホルム（１：５０）の混合溶液で溶出し、化合物７ａ（274 mg, 55 %）を得た。
1H-NMR (DMSO-d6, 400 MHz) δ 6.20 (br, 2H), 6.84 (d, J = 0.7 Hz, 1H), 6.88 (dd, J = 1.4, 5.2 Hz, 1H), 7.76-7.79 (complex, 4H), 8.04 (dd, J = 0.5, 5.2 Hz, 1H), 8.47 (m, 2H), 8.58 (m, 2H)
【００３６】
化合物７ｂの合成
化合物６（194 mg, 0.51 mmol）、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム（０）（34.2 mg, 0.03 mmol）、ヨウ化銅（5.9 mg, 0.03 mmol）および化合物５ｂ（89.3 mg, 0.51 mmol）をＤＭＦ（5 ml）に溶解させた。これにさらにＮ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン（2 ml）を加えて、７０℃の油浴中で１４時間反応させた。反応後、溶媒を留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムに吸着させ、酢酸エチル−ヘキサン（１：５）の混合溶液で溶出し、化合物７ｂ（189 mg, 37 %）を得た。
1H-NMR (CDCl3, 400 MHz) δ 1.50 (s, 9H), 4.62 (s, 1H), 6.75 (m, 1H), 6.86 (dd, J = 1.3, 5.2, 1H), 7.61-7.68 (complex, 4H), 8.15 (dd, J = 0.7, 5.2, 1H), 8.56-8.65 (complex, 4H)
【００３７】
化合物１ａの合成
化合物７ａ（180 mg, 0.48 mmol）、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム（０）（23.3 mg, 0.02 mmol）、ヨウ化銅（3.8 mg, 0.02 mmol）および化合物８（146 mg, 0.58 mmol）をＤＭＦ（5 ml）に溶解させた。これにさらにトリエチルアミン（5 ml）を加えて、８０℃の油浴中で１２時間反応させた。反応後、溶媒を留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムに吸着させ、メタノール−クロロホルム（１：１０）の混合溶液で溶出し、化合物１ａ（81.2 mg, 31 %）を得た。
1H-NMR (DMSO-d6, 400 MHz) δ 2.29 (m, 1H), 2.32 (m, 1H), 3.72 (m, 1H), 3.79 (m, 1H), 3.87 (m, 1H), 4.38 (m, 1H), 5.34-5.39 (complex, 2H), 6.20 (m, 1H), 6.62 (br, 2H), 6.97-7.00 (complex, 2H), 7.79-7.82 (complex, 4H), 8.06 (d, J = 5.4 Hz, 1H), 8.61 (m, 2H), 8.72 (m, 2H), 8.78 (s, 1H), 11.9 (s, 1H).
【００３８】
化合物１ｂの合成
化合物７ｂ（76.6 mg, 0.18 mmol）、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム（０）（11.7 mg, 0.01 mmol）、ヨウ化銅（1.9 mg, 0.01 mmol）および化合物８（55.4 mg, 0.22 mmol）をＤＭＦ（3 ml）に溶解させた。これにさらにトリエチルアミン（3 ml）を加えて、８０℃の油浴中で１２時間反応させた。反応後、溶媒を留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムに吸着させ、メタノール−クロロホルム（１：１０）の混合溶液で溶出し、化合物１ｂ（84.0 mg, 76 %）を得た。
1H-NMR (DMSO-d6, 400 MHz) δ 1.43 (s, 9H), 2.26 (m, 1H), 2.32 (m, 1H), 3.71 (m, 1H), 3.76 (m, 1H), 3.87 (m, 1H), 4.36 (m, 1H), 5.32-5.36 (complex, 2H), 6.20 (m, 1H), 6.49 (s, 1H), 6.82 (m, 1 H), 6.95 (s, 1H), 7.79-7.80 (complex, 4H), 8.10 (d, J = 5.2 Hz, 1 H), 8.59 (m, 2H), 8.73 (m, 2H), 8.78 (s, 1H), 11.9 (s, 1H).
【００３９】
得られた化合物１ａ及び１ｂについてそれぞれ下記の手順に従い、光学特性を測定した。なお、測定試料のｐＨ濃度は、下記の方法で調整した。
〔ｐＨ調整法〕
０．１Ｎ  ＨＣｌ水溶液と０．１Ｎ  ＮａＯＨ水溶液を用意し、それぞれ適量混ぜた水溶液を何種類か作製後、ｐＨ測定メーターで測定し、各水溶液のｐＨを決定した。それらを「Ｈ２Ｏ」として使用した。
【００４０】
[１]ＵＶスペクトルの測定
得られた化合物を、それぞれ、２．５μＭの濃度で、各種ｐＨ濃度の溶媒（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）１％含有、Ｈ２Ｏ：ＭｅＯＨ：ＤＭＦ＝５０：４９：１（質量比））に溶解し、紫外可視分光光度計ＵＶ−２５５０（株式会社島津製作所）を用いてＵＶスペクトルを測定した。
【００４１】
［２］蛍光スペクトルの測定
得られた各化合物を、それぞれ、２．５μＭの濃度で、各種ｐＨ濃度の溶媒（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）１％含有、Ｈ２Ｏ：ＭｅＯＨ：ＤＭＦ＝５０：４９：１（質量比））に溶解し、蛍光光度計ＲＦ−５３００ＰＣ（株式会社島津製作所）を用いて蛍光スペクトルを測定した。化合物１ａの蛍光スペクトルの測定において、励起波長は４７０ｎｍであった。化合物１ｂの蛍光スペクトルの測定において、励起波長は４８０ｎｍであった。
［３］蛍光強度変化の観察
蛍光スペクトルの測定で用いた各測定試料をｐＨ濃度順に並べて蛍光強度の変化を観察した。その結果、中性から塩基性の条件下で緑色に発光し、酸性の条件下で黄色く発光し、広範囲のｐＨ領域で蛍光発光が観察された。蛍光発光色の変化をデジタルカメラで撮影した。
【００４２】
化合物１ａについての測定結果を図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に、化合物１ｂについての測定結果を図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示す。なお、図１（ｃ）及び図２（ｃ）は、蛍光発光色の変化をデジタルカメラで撮影した写真のモノクロコピーであるため、白濁してみえる試料が蛍光発光が観察された試料である。
【００４３】
［比較例］
比較例として、下記式で示される化合物１’を下記スキーム２に従って合成し、実施例１と同じ条件にて、ＵＶスペクトル及び蛍光スペクトルを測定し、蛍光強度の変化を観察した。なお、化合物１’の蛍光スペクトルの測定において、励起波長は４７３ｎｍであった。化合物１’についての測定結果を図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示す。
【化１０】
2015221769.tif 000012
【化１１】
2015221769.tif 000013
【００４４】
化合物（７ｃ）の合成
化合物６（450 mg, 1.17 mmol）、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム（０）（70.1 mg, 0.06 mmol）、ヨウ化銅（11.3 mg, 0.06 mmol）および４−エチニルピリジン（145 mg, 1.40 mmol）をＤＭＦ（7 ml）に溶解させた。これにさらにＮ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン（2 ml）を加えて、７０℃の油浴中で１４時間反応させた。反応後、溶媒を留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムに吸着させ、酢酸エチル−ヘキサン（１：３）の混合溶液で溶出し、化合物７ｃ（129 mg, 31 %）を得た。
1H-NMR (CDCl3, 400 MHz) δ7.61-7.67 (complex, 6H), 8.58-8.72 (complex, 6H).
【００４５】
化合物（１'）の合成
化合物７ｃ（107 mg, 0.30 mmol）、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム（０）（23.6 mg, 0.02 mmol）、ヨウ化銅（3.7 mg, 0.02 mmol）および化合物８（90.1 mg, 0.36 mmol）をＤＭＦ（3 ml）に溶解させた。これにさらにトリエチルアミン（3 ml）を加えて、８０℃の油浴中で１２時間反応させた。反応後、溶媒を留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムに吸着させ、メタノール−クロロホルム（１：１０）の混合溶液で溶出し、化合物１'（57.8 mg, 36 %）を得た。
1H-NMR (DMSO-d6, 400 MHz) δ 2.29 (m, 1H), 2.33 (m, 1H), 3.72 (m, 1H), 3.78 (m, 1H), 3.88 (m, 1H), 4.36 (m, 1H), 5.35-5.38 (complex, 2H), 6.20 (m, 1H), 7.77-7.88 (complex, 6H), 8.67-8.74 (complex, 6H), 8.79 (s, 1H), 11.9 (s, 1H).
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のウラシルヌクレオシド誘導体は、生体内等におけるｐＨ環境の変化を検出するためのプローブとして用いることができる。
また、本発明のウラシルヌクレオシド誘導体又はウラシルヌクレオチド誘導体を導入してなるポリヌクレオチド誘導体は、タンパク質又は細胞内における局所的なｐＨ環境の調査用プローブとして利用することができる。また、本発明のポリヌクレオチド誘導体を標的ＤＮＡやＲＮＡを検出する試薬として利用することもできる。
【図１】
2015221769.tif 000017
【図２】
2015221769.tif 000018
【図３】
2015221769.tif 000019