螢光探針-尿嘧啶 I 高螢光的核鹼基分子轉子

2021-02-20 化學之光

  研究進展：螢光光譜法是研究核酸體系結構和動力學的重要工具，螢光技術的應用需要使用螢光標記物，如螢光染料或螢光鹼基類似物（FBAs）。與共軛螢光團和嵌入型染料相比，FBA在RNA和DNA結構內具有高度精確定位的優勢。但現有報導的FBAs並沒有克服螢光鹼基類似物亮度低和檢測靈敏度低這兩個缺陷。所以，開發出性能優良的螢光鹼基類似物，仍然是一個具有挑戰性的課題。

    解決方案：作者報導了一種最亮且最敏感的FBA-錯配報告器tsT。tsT是含有反式二苯乙烯的環化尿嘧啶衍生物，它具有理想的分子轉子性質，可以檢測與鹼基對不匹配的局部動態運動。                          

圖1：tsT核苷（2）和tsT亞磷醯胺（3）的合成路線。

tsT在各種溶劑中均顯示出明亮的螢光發射（ε× Φ = 3400−29700 cm−1 M−1），而且其螢光強度隨粘度的增大而增強。這表明tsT中分子轉子受到抑制，TICT狀態減弱。另外，tsT對雙鏈DNA的機械運動具有高度的敏感性（ε× Φ = 150−4250 cm−1M−1）。與T或C鹼基配對相比，tsT與A配對時，其螢光強度提高了28倍。這表明tsT對鹼基A具有高度的響應性，是一種「智能的」胸腺嘧啶類似物。

圖2：（A）tsT在甲醇和甘油混合物中的螢光。（B）含匹配或不匹配鹼基對的tsT官能化雙鏈DNA在PBS緩衝液(pH =7.4)中的螢光。

與時間相關的單光子計數法顯示，tsT的螢光壽命（τ= 4-11 ns）比匹配良好的雙鏈DNA的各向異性衰減（θ= 20 ns）短，但比鹼基對錯配的動態運動長（0.1-10 ns）。上述特性表明tsT對核酸局部動態檢測具有前所未有的敏感性。

圖3：（A）與溫度相關的螢光壽命吸光度變化比較。（B）ss-tsT，ds-tsT：T和ds-tsT：A的時間分辨螢光各向異性。

【點評與拓展】：高螢光的核酸鹼基類似物對檢測核酸的局部動力學有較高的靈敏度，對臨床基因診斷研究具有重要意義。

參考文獻：Nathan W. Luedtke et al. A Highly Fluorescent Nucleobase Molecular Rotor. J. Am. Chem. Soc. 2020, DOI: 10.1021/jacs.0c05180.

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