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WO2004048376A1 - 二環性ナフチリジンヌクレオシド - Google Patents

二環性ナフチリジンヌクレオシド Download PDF

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WO2004048376A1
WO2004048376A1 PCT/JP2003/014985 JP0314985W WO2004048376A1 WO 2004048376 A1 WO2004048376 A1 WO 2004048376A1 JP 0314985 W JP0314985 W JP 0314985W WO 2004048376 A1 WO2004048376 A1 WO 2004048376A1
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WO
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mmol
group
compound
nucleoside
formula
Prior art date
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Application number
PCT/JP2003/014985
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sadao Hikishima
Noriaki Minakawa
Akira Matsuda
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GENETICLAB Co Ltd
Original Assignee
GENETICLAB Co Ltd
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Publication date
Application filed by GENETICLAB Co Ltd filed Critical GENETICLAB Co Ltd
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Publication of WO2004048376A1 publication Critical patent/WO2004048376A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D471/00Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00
    • C07D471/02Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D471/04Ortho-condensed systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07HSUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H21/00Compounds containing two or more mononucleotide units having separate phosphate or polyphosphate groups linked by saccharide radicals of nucleoside groups, e.g. nucleic acids
    • C07H21/04Compounds containing two or more mononucleotide units having separate phosphate or polyphosphate groups linked by saccharide radicals of nucleoside groups, e.g. nucleic acids with deoxyribosyl as saccharide radical
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813Hybridisation assays

Definitions

  • the present invention relates to a novel nucleoside derivative and an oligonucleotide incorporating the nucleoside derivative.
  • DNA stores and transmits genetic information as a carrier.
  • DNA double-stranded structure mainly consists of 1) formation of hydrogen bond by two pairs of complementary base pairs (A: T, G: C), 2) scanning by adjacent base pairs due to stacking of these base pairs.
  • Interactions such as those found in DNA duplexes are also involved in molecular recognition between DNA and RNA and between nucleic acids and proteins, and are deeply involved in the regulation and expression of various functions in vivo.
  • advances in nucleic acid synthesis technology have made it possible to easily synthesize DNA and RNA having various sequences, and have brought dramatic advances in molecular biology.
  • nucleic acid drugs such as the antisense method, the antigene method, and the decoy method is being studied.
  • many properties have been reported so far when many base-modified nucleoside derivatives are chemically synthesized and incorporated into DNA chains.
  • Matteucci et al Synthesized various nucleosides as shown below and found that they stabilize a DNA duplex by base pairing with the guanine base of a complementary strand in a DNA strand (Lin Jones, RJ; Matteucci, MJ Am. Chem. Soc, 1995, 117, 3873 ⁇ 3874, Lin, KY; Matteucci, MJ Am. Chem. Soc, 1998, 120, 3531-3532).
  • the present inventors have previously synthesized four types of tricyclic imidazopyridopyrimidine nucleosides (Ira-NN, Im-OO, Im-NO, InrON) having four hydrogen bonding ability. (Kojima, NJ Ueno, Y .; Minakawa, NJ N. Matsuda, A "Nucleic Acis Symp. Ser., 1997, 37, 23-24).
  • An object of the present invention is to provide a novel nucleoside derivative for forming a base pair motif capable of further stabilizing the higher-order structure of a nucleic acid, and an oligonucleotide containing such a nucleoside analog. Disclosure of the invention
  • the present invention relates to nucleoside analogs having four hydrogen bonding functional groups that can participate in base pairing, comprising a compound of formula I:
  • the hydrogen-bonding functional group means a functional group and an atom that can participate in a hydrogen bond, for example, hydrogen, N of primary, secondary and tertiary amines or amides, aromatic N, carbonyl Or ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ of carboxylic acid, H and ⁇ of water molecule, but are not limited thereto.
  • the present invention also provides an oligonucleotide comprising at least one of the above-described nucleoside analogs of the present invention.
  • the present invention also provides a compound of formula I I I:
  • R 2 is a protecting group for an amine group, and L is a leaving group
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a DNA duplex containing a tricyclic imidazopyridopyrimidine nucleoside.
  • FIG. 2 shows stabilization of a DNA double strand by the bicyclic naphthyridine nucleosides of the present invention.
  • FIG. 3 shows the thermal stability of the duplex of DNA containing the bicyclic naphthyridine nucleoside of the present invention and DNA containing the tricyclic imidazopyridopyrimidine nucleoside.
  • novel bicyclic naphthyridine nucleosides (Na-N, Na-OO, Na-NO, Na-ON) of the present invention are novel base pair motifs that can further stabilize the higher-order structure of nucleic acids. These compounds form four hydrogen bonds without distorting the DNA duplex like the base pairs between the tricyclic imidazopyridopyrimidine nucleosides, further stabilizing the DNA duplex. ( Figure 2).
  • the nucleoside analog of the present invention is a novel base pair motif that forms a base pair by four hydrogen bonds, and by incorporating this into a DNA, a very useful functional artificial nucleic acid can be created. Therefore, the present invention is useful for application to nucleic acid pharmaceuticals for controlling and stabilizing the higher-order structure of nucleic acids such as double helical structures. For example, by combining with the above-mentioned tricyclic nucleoside, it is possible to obtain a thermally stable DNA double strand, which is expected to be usable as a decoy molecule. I can wait. In addition, this naphthyridine base can be expected to form a base pair with a natural nucleic acid base, and is considered to be usable as an antisense molecule.
  • this compound is a fluorescent nucleoside, similar to the above tricyclic nucleoside. If these compounds show different responses depending on the nucleobases on the complementary strand side, they can be used for the detection of SNPs.
  • base-responsive fluorescent nucleosides such as BPP and BDA, have been reported by the group of Saito et al. (Okamoto, A .; Tainaka, K; Saito, I. 17th Symposium on Biological Function-Related Studies) , 90-91, Okamoto, A .; Tanaka, K; Fukuta, ⁇ ⁇ .; Saito, I. The 17th Symposium on Biofunctional Chemistry, 274-275).
  • a total of eight types of fluorescent nucleosides can be obtained in combination with the above-mentioned tricyclic nucleoside, so that it can be used as a more general-purpose fluorescent probe for SNPs detection or hybridization detection.
  • the nucleoside derivative of the present invention can be synthesized as follows. Naphthyridine nucleosides, which are the target compounds, are C-nucleosides. After constructing the base moiety and the sugar moiety, respectively, they are synthesized by performing 'C-glycosylation using a palladium catalyst.
  • the sugar moiety is protected with a TBS group at the sugar moiety of thymidine according to the method described in the literature, and then treated with HMDS and ammonium sulfate to obtain a glycal form 2 (Coleman, RS; Madams, MLJ Org. Chem., 1998, 63, 5700-5703). Then, it is treated with TBAF, and the TBS group at the 5-position is selectively deprotected to give compound 3 (Scheme 1).
  • the base moiety is reacted with 2,6-diaminopyrimidine and malic acid in sulfuric acid according to the method described in the literature, and neutralized with aqueous ammonia to obtain naphthyridine derivative 4 (Newkome, G.R; Garbis, SJ; Majestic, V. K; Fronczek, FR; Chiari, GJ Org. Chem., 1981, 46, 833-839). Thereafter, the compound 4 is treated with an equivalent amount of NIS, and the amino group is protected with a dimethylamidine group to give the 6-position 5 (Scheme 2).
  • the compound 6 is obtained by the Heck reaction of the glycal derivative 3 and the naphthyridine derivative 5 and then treated with TBAF to obtain a 3′-position ketone 7. Next, this is reduced, and after deprotection of the dimethylamidine group, bicyclic naphthyridine nucleoside (Na-NO) can be synthesized (Scheme 3) (Zhang, HC; Daves, GD, Jr. J. Org. Chem., 1992, 57, 4690-4696).
  • the present invention also provides a compound of the formula II I I:
  • R 2 is a protecting group for an amine group and L is a leaving group
  • a natural nucleoside for example, 3′-OH of thymidine
  • Ri protecting group
  • the nucleoside analogs of the present invention can be converted to amidites by methods known in the art and incorporated into oligonucleosides. Specifically, the obtained Na-NO form was protected with a dibutylamidine group at the amino group of the base to give compound 9, and then the 5'-7K acid group was subjected to dimethoxytrityl iridyl according to a conventional method. Subsequently, the hydroxyl group at the 3'-position is converted to an amidite 11 by phosphoramidation (Scheme 4). The obtained amidite body 11 can be introduced into a DNA oligomer according to a solid phase phosphoramidite method.
  • the present invention provides an oligonucleotide comprising the above-described bicyclic naphthyridine nucleoside.
  • the thus obtained oligonucleotides of the present invention can be used as diagnostic, therapeutic and research reagents as antisense oligonucleotides, lipozymes, primers, abutamas, antigenes, probes and the like.
  • the oligonucleotides of the invention are from about 6 to about 100 nucleotides in length.
  • the oligonucleotide is from about 12 to about 20 nucleotides in length.
  • Oligonucleotides may include modified sugars, such as those having a substituent at the 2 'position, and nucleic acid bases other than adenine, guanine, cytosine, thymine, peracil, such as hypoxanthine, 5-alkylcytosine, It may contain 5-alkylperacyl, 5-haloperacyl, 6-azapyrimidine, 6-alkylpyrimidine and the like. Further, it may contain an internucleoside bond other than the phosphodiester, for example, a phosphorothioate bond.
  • thymidine (9.7 g, 40.0 mmol) was dissolved in DMF (150 mL), and imidazole (13.6 g, 200.0 mmoL) and TBSC1 (15.0 g, 100.0 bandol) were added, followed by stirring at room temperature for 2 hours. did.
  • the solvent was distilled off, and the residue was dissolved in ethyl acetate (600 mL), washed twice with water (200 mL) and once with brine (200 mL), and dried over anhydrous sodium sulfate. The solvent is distilled off, and the residue is dissolved in a small amount of ethyl acetate.
  • the resulting amidite 11 is introduced into a DNA oligomer according to the solid phase phosphoramidite method, and the DNA oligomer incorporating the tricyclic imidazopyridopyrimidine nucleoside Im-ON is used as a complementary strand to form a DNA double strand
  • the thermal stability was evaluated. As a result, even when one base pair of Im-ON: Na-NO base pair is introduced, the DNA duplex is extremely stable, unlike the base pair of tricyclic imidazopyridopyrimidines, and G: C It was found to be 8.6 degrees more stable than the base pair (Fig. 3A).
  • the Tm value was 95.7 ° C, which revealed that the DNA duplex was stabilized at 26.7 ° C. This is stabilization of 8.9 degrees per base pair, and the DNA double strand was able to be stabilized when either one or three base pairs were introduced (Fig. 3B).
  • the novel bicyclic naphthyridine nucleoside functions as a complementary base to the tricyclic imidazopyridopyrimidine, forms four hydrogen bonds without causing distortion in the DNA duplex, and forms the DNA double strand. It has become clear that this will further stabilize.

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Description

明細書
技術分野
本発明は、 新規ヌクレオシド誘導体、 ならびに当該ヌクレオシド誘導体を組み 込んだォリゴヌクレオチドに関する。 背景技術
DNAは遺伝情報の担い手としてその保存、 伝達を行なっている。 DNA二本 鎖構造は主に、 1 ) 二組の相補的な塩基対 (A:T, G:C) による水素結合の形成、 2 ) この塩基対の積み重なりによる隣接塩基対でのス夕ッキング相互作用、 およ び 3 ) 親水性官能基、 疎水性官能基間や周りの環境との間での相互作用により、 二重らせん構造を形成し、 その熱的安定性を維持している。 また DNA二本鎖に 見られるような相互作用は DNA—RNAや核酸一蛋白質間などの分子認識にも 関与しており、 生体内における様々な機能の調節や発現に深く関与している。 近年、 核酸合成技術の進歩により様々な配列を有する DNA、 RNAが容易に 合成可能となり、 分子生物学の飛躍的な進歩がもたらされた。 さらに非天然型の 人工核酸が数多く開発され、 アンチセンス法、 アンチジーン法あるいはデコイ法 をはじめとする核酸医薬品への応用が検討されている。 このような用途に用いる ために、 これまでに多くの塩基部修飾ヌクレオシド誘導体が化学合成され DNA 鎖に組み込んだ場合の諸性質が報告されている。 例えば、 Matteucci らは下記に 示すような種々のヌクレオシド類を合成し、 これらが DNA鎖中、 相補鎖のグァ ニン塩基との塩基対によって DNA二本鎖を安定化することを見い出している (Lin, Κ. Υ·; Jones, R. J.; Matteucci, M. J. Am. Chem. Soc, 1995, 117, 3873· 3874, Lin, K. Y.; Matteucci, M. J. Am. Chem. Soc, 1998, 120, 3531-3532) 。
Figure imgf000004_0001
G-クランプ
G—クランプはグァニン塩基と 4本の水素結合を形成し、 1残基の導入により Tm値を 1 8度も上昇させることが報告されており、 現在、 アン^センス法への 応用が検討されている。
Figure imgf000004_0002
G-クランプ
また、 非天然型の塩基対モチ一フを考案する試みとしては、 Benner らによつ て π: κなどの塩基対モチーフが考案され、 ジエネティック ·アルファべッ卜の 拡張の試みが行なわれている (Piccirilli, J. A.; Krauch, T.; Moroney, S. E.; Bennner, S. A. Nature, 1990, 343, 33-37, Leach, A. R.l Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc, 1992, 114, 3675-3683) 。
Figure imgf000005_0001
7Γ : 1 対
一方、 本発明者らは、 これまでに 4本の水素結合能を有する 4種の三環性イミ ダゾピリドピリミジンヌクレオシド類 (Ira-NN, Im-OO, Im-NO, InrON)の合成を 行なった (Kojima, N.J Ueno, Y.; Minakawa, N.J N.Matsuda, A" Nucleic Acis Symp. Ser., 1997, 37, 23-24) 。
Figure imgf000006_0001
Figure imgf000006_0002
S86M0/C00Zdf/X3d 請 00Z OAV ' これらヌクレオシド類は DNAオリゴマーに組み込んだ場合、 Im-NN:Im-00 間および Im-NO:Im-ON間でそれぞれ 4本の水素結合による塩基対を形成し二本 鎖構造を安定化する。
Figure imgf000007_0001
Im-NN:in-O0 Im-N0:Im-0N 実際にこれら塩基対モチーフを組み込んだ DNA二本鎖の熱的安定性を評価し たところ、 1塩基対のみの導入では DNA二本鎖が不安定化することが分かつた。 さらに不連続で導入部位がふえると、 その不安定化は増加した。 ところが連続し て 3塩基対導入したところ DNA二本鎖は極めて安定となり例えば、 Im-ON:Im- NOの塩基対導入では 1塩基対あたり約 6度安定化することが分かつた。 以上の 結果から三環性ィミダゾピリドピリミジンヌクレオシドは 4本の水素結合および 芳香環のひろがりによるスタツキング効果によって DNA二本鎖を熱的に安定化 するが、 同時にその塩基対導入部位前後の塩基対形成を妨げるため DNA二本鎖 を不安定化させる効果もあわせもつと考えられた。 1塩基対のみの導入ではその 不安定効果が安定化効果を上回り、 結果として DNA二本鎖の熱的安定性が低下 する (図 1 A) 。 さらに不連続で導入箇所がふえるとその不安定効果は増加する (図 1 B) 。 一方、 連続して 3残基導入した場合では、 導入部前後に生じる不安 定化よりも安定化効果が相対的に大きくなり、 全体として DNA二本鎖の熱的安 定性が増加したものと考えられる (図 1 C) 。
したがって、 当該技術分野においては、 核酸の高次構造をより安定化しうる新 規塩基対モチーフが求められている。
本発明は、 核酸の高次構造をより安定化しうる塩基対モチーフを形成するため の新規ヌクレオシド誘導体、 ならびにそのようなヌクレオシド類似体を含むォリ ゴヌクレオチドを提供することを目的とする。 発明の開示
本発明は、 塩基対形成に関与しうる 4個の水素結合性官能基を有するヌクレオ シド類似体であって、 式 I :
Figure imgf000008_0001
Na-NN 式 I I :
Figure imgf000008_0002
Na-0°
式 I I I :
Figure imgf000008_0003
Na-N° および式 I V
Figure imgf000009_0001
からなる群より選択される構造を有するヌクレオシド類似体を提供する。
ここで、 水素結合性官能基とは、 水素結合に関与しうる官能基および原子をい い、 例えば、 水素、 第 1、 第 2および第 3ァミンまたはアミドの N、 芳香族性の N、 カルポニルまたはカルボン酸の〇、 水分子の Hおよび〇等が含まれるが、 こ れに限定されない。
本発明はまた、 少なくとも 1つの上述の本発明のヌクレオシド類似体を含むォ リゴヌクレオチドを提供する。
本発明はまた、 式 I I I :
Figure imgf000009_0002
で表されるヌクレオシド類似体を製造する方法を提供する。 該方法は、 式:
Figure imgf000009_0003
[式中、 は水酸基の保護基である] で表される化合物を、 パラジウムの存在下で式:
Figure imgf000010_0001
[式中、 R 2はアミン基の保護基であり、 Lは脱離基である]
で表される化合物と反応させ、 次に脱保護することを含む。 図面の簡単な説明
図 1は、 三環性ィミダゾピリドピリミジンヌクレオシドを含む D N A二本鎖の 模式図を示す。
図 2は、 本発明の二環性ナフチリジンヌクレオシド類による DNA二本鎖の安 定化を示す。
図 3は、 本発明の二環性ナフチリジンヌクレオシドを含む D N Aと三環性ィミ ダゾピリドピリミジンヌクレオシドを含む D N Aとの二本鎖の熱的安定性を示す。 発明の詳細な説明
本発明の新規二環性ナフチリジンヌクレオシド類 (Na-N , Na-OO, Na-NO, Na- ON)は、 核酸の高次構造をより安定化できる新規塩基対モチーフである。 これら 化合物は先の三環性ィミダゾピリドピリミジンヌクレオシド同士の塩基対のよう に DNA二本鎖に歪みを生じさせることなく 4本の水素結合を形成し、 DNA二 本鎖をさらに安定化させることができる (図 2 ) 。
本発明のヌクレオシド類似体は、 4本の水素結合によって塩基対を形成する新 規な塩基対モチーフであり、 これを DNAに組み込むことにより極めて有用な機 能性人工核酸を創製することができる。 したがって、 二重らせん構造をはじめと する核酸の高次構造の調節および安定ィ匕をはかり、 核酸医薬品への応用に有用で ある。 例えば、 先の三環性ヌクレオシドと組み合わせることにより、 熱的に極め て安定な DNA二本鎖を得ることが出来、 デコイ分子として利用できることが期 待できる。 またこのナフチリジン塩基は天然の核酸塩基とも塩基対を形成するこ とが期待でき、 アンチセンス分子としての利用も可能と考えられる。
さらにこの化合物は先の三環性ヌクレオシドと同様、 蛍光性ヌクレオシドであ る。 これら化合物が相補鎖側の核酸塩基によって異なる応答性をしめせば SNPs の検出法にも利用可能と考えられる。 なおこのような塩基応答性蛍光ヌクレオシ ドとしては BPPや BDAなどが Saito らのグループによって報告されている (Okamoto, A.; Tainaka, K; Saito, I.第 17回生体機能関連ィ匕学シンポジウム, 90-91, Okamoto, A.; Tanaka, K; Fukuta, Τ.; Saito, I.第 17回生体機能関連化学 シンポジウム, 274-275) 。
Figure imgf000011_0001
しかし、 本発明では先の三環性ヌクレオシドとあわせて計 8種類の蛍光ヌクレ オシドが得られることから、 より汎用性の高い SNPs検出やハイプリダイゼ一 シヨン検出の蛍光プローブとして用いることができる。
本発明のヌクレオシド誘導体は、 以下のようにして合成することができる。 目的化合物であるナフチリジンヌクレオシド類は C-ヌクレオシドであり塩基 部と糖部をそれぞれ構築した後、 パラジウム触媒を用いる' C-グリコシレーショ ンを行ない合成する。
まず、 糖部は文献記載の方法に従い、 チミジンの糖部水酸基を TBS基で保護 した後、 HMDS、 硫酸アンモニゥムで処理してグリカール体 2 を得る (Coleman, R. S.; Madams, M. L. J. Org. Chem., 1998, 63, 5700-5703) 。 その 後、 TBAFで処理し、 5位の TBS基を選択的に脱保護して化合物 3とする (ス キ一ム 1) 。
Figure imgf000012_0001
また、 塩基部は文献記載の方法に従い、 2,6-ジァミノピリミジンを硫酸中リン ゴ酸と反応させ、 アンモニア水で中和してナフチリジン誘導体 4 を得る (Newkome, G. R; Garbis, S. J.; Majestic, V. K; Fronczek, F. R.; Chiari, G. J. Org. Chem., 1981, 46, 833-839) 。 その後、 化合物 4を当量の NISで処理し、 アミノ基をジメチルアミジン基で保護し、 6-位ョ一ド体 5 とする (スキーム 2) 。
Figure imgf000014_0001
2,6-ジァミノピリジン 5
続いて、 グリカール誘導体 3とナフチリジン誘導体 5との Heck反応により化 合物 6 とした後、 TBAFで処理し 3 ' —位ケトン体 7を得る。 次にこれを還元 し、 ジメチルアミジン基を脱保護後、 二環性ナフチリジンヌクレオシド (Na- NO)を合成することができる (スキーム 3) (Zhang, H. C.; Daves, G. D., Jr. J. Org. Chem., 1992, 57, 4690-4696) 。
Figure imgf000016_0001
すなわち、 本発明はまた、 式 I I I :
Figure imgf000017_0001
で表されるヌクレオシド類似体
Figure imgf000017_0002
ぼ中、 は水酸基の保護基である]
で表される化合物を、 パラジウムの存在下で式
入 N八。
[式中、 R 2はアミン基の保護基であり、 Lは脱離基である] で表される化合物と反応させ、 次に脱保護することを含む。 式:
Figure imgf000017_0003
の化合物は、 天然のヌクレオシド、 例えばチミジンの 3 ' —OHを適当な保護基 R iで保護した後に、 常法により塩基を除去することにより製造することができ る。 た、 式:
Figure imgf000018_0001
の化合物は、 2 , 6—ジァミノピリジンをリンゴ酸と反応させてナフチリジン環 を形成し、 次に、 6位に適当な脱離基 Lを導入するとともに、 アミノ基を適当な 保護基 R 2で保護することにより製造することができる。
他の二環性ナフチリジンヌクレオシド (Na-NN, Na-O0, Na-ON) についても 同様な方法により合成することができる。
本発明のヌクレオシド類似体は、 当該技術分野において知られる方法によりァ ミダイト体に変換して、 オリゴヌクレオシド中に取り込ませることができる。 具 体的には、 得られた Na-NO体を、 塩基部のアミノ基をジブチルアミジン基で保 護して化合物 9 とした後、 常法に従い 5'-7K酸基をジメトキシトリチルイ匕し、 続 いて 3'-位水酸基をホスホロアミダイト化によりアミダイト体 11へと変換する (スキーム 4) 。 得られたアミダイト体 11は、 固相ホスホロアミダイト法に従 つて、 DNAオリゴマーに導入することができる。
Figure imgf000019_0001
S86M0/C00Zdf/X3d 請 OOZ OAV すなわち、 別の観点においては、 本発明は上述の二環性ナフチリジンヌクレオ シドを含むォリゴヌクレオチドを提供する。 このようにして得られる本発明のォ リゴヌクレオチドは、 アンチセンスオリゴヌクレオチド、 リポザィム、 プライマ 一、 アブタマ一、 アンチジーン、 プローブ等として、 診断、 治療および研究試薬 として使用することができる。 好ましくは、 本発明のオリゴヌクレオチドは約 6 から約 1 0 0ヌクレオチドの長さである。 本発明の り好適な実施態様において は、 オリゴヌクレオチドは約 1 2から約 2 0ヌクレオチドの長さである。 オリゴ ヌクレオチドは、 修飾された糖、 例えば 2 ' 位に置換基を有する糖を含んでいて もよく、 アデニン、 グァニン、 シトシン、 チミン、 ゥラシル以外の核酸塩基、 例 えばヒポキサンチン、 5 _アルキルシトシン、 5 _アルキルゥラシル、 5—ハロ ゥラシル、 6—ァザピリミジン、 6—アルキルピリミジン等を含んでいてもよい。 また、 ホスホジエステル以外のヌクレオシド間結合、 例えばホスホロチォエート 結合を含んでいてもよい。
本明細書において明示的に引用される全ての特許および参考文献の内容は全て 本明細書の一部としてここに引用する。 また, 本出願が有する優先権主張の基礎 となる出願である日本特許出願 2 0 0 2 - 3 4 2 9 8 0号の明細書および図面に 記載の内容は全て本明細書の一部としてここに引用する。 実施例
以下に実施例により本発明をより詳細に説明するが, これらの実施例は本発明 の範囲を制限するものではない。 実施例 1
3',5,-0-(tert-ブチルジメチルシリル)チミジン(1)
Ar雰囲気下、 チミジン (9.7 g, 40.0 mmol) を DMF (150 mL) に溶解し、 イミダゾ一ル (13.6 g, 200.0 mmoL) 、 TBSC1 (15.0 g, 100.0 匪 oL) を加え、 室温で 2時間撹拌した。 溶媒を留去し、 残渣を酢酸ェチル (600 mL) に溶解し、 水 (200 mL) で 2回、 飽和食塩水 (200 mL) で 1回洗浄し、 無水硫酸ナトリ ゥムで乾燥した。 溶媒を留去し、 残渣を少量の酢酸ェチルに溶解し、 シリカゲル を加え減圧下乾固しシリカゲルに吸着させた後、 シリカゲルカラムクロマトダラ フィ一 (Φ 7.8 X (15.0+3.0) cm, へキサン :酢酸ェチル = 3: 1 ~ 1: 1) で分離、 精製して、 化合物 1 (18.6 g, 39.6 mmol, 99%) を白色固体として得た。
Ή-NMR (CDCla) δ; 8.44 (br s, 1 H, NH), 7.45 (d, 1 H, H'6, J65.Me = 1.3 Hz), 6.31 (dd, 1 H, Η-Γ, Ji',2'a = 5.9, Jr)2¾ = 7.9 Hz), 4.38 (ddd, 1 H, H'3,, J3',2'a = 2.6, J3',2'b = 5.9, J3',4' = 5.2 Hz), 3.90 (ddd, 1 H, H_4,, J4',3' = 5.2, J4',5'a = 2.6, J4',5'b = 2.0 Hz), 3.85 (dd, 1 H, Η-5'a, J5'a'4, = 2.6, J5'a.5'b = 11.2 Hz), 3.73 (dd, 1 H, Η-5'b, J5'b,4' = 2.0, Js-b.s'a = 11.2 Hz), 2.22 (ddd, 1 H, Η-2'a, J2'a,i' = 5.9, J2'a,2'b = 13.2, J2'a,3' = 2.6 Hz), 1.97 (ddd, 1 H, Η-2'b, J2'b,i' = 7.9, J2'b,2'a = 11.2, J2'b,3, = 5.9 Hz), 1.89 (d, 3 H, 5-Me, J5-Me,6 = 1.3 Hz), 0.91 and 0.87 (each s, each 9 H, tert-Bu), 0.09 (s, 6 H, Mex2), 0.06 and 0.05 (each s, each 3 H, Me) 実施例 2
1,4-アンヒド口- 3,5-ビス- 0-(tert-プチルジメチルシリル) -2-デォキシ -D-ェリス口- ベント- 1-ェ二! ル (2)
化合物 1 (10.3 g, 21.0 mmol) を HMDS (100 mL) に溶解し、 硫酸アンモニ ゥム (5.5 g, 42.0 mmol) を加え 135°Cで 2時間加熱撹拌した。 溶媒を留去し、 残渣をへキサン (300 mL) に溶解し、 水 (150 mL) で 2回、 飽和食塩水 (150 mL) で 1回洗浄し、 無水硫酸ナトリウムで乾燥した。 溶媒を留去し、 残渣をシ リカゲルカラムクロマトグラフィー ( Φ 4 X 8 cm, へキサン : ェ一テル = 7 : 1) で分離、 精製して、 化合物 2 (5.3 g, 15.0 mmol, 72%) を無色液状物質とし て得た。
Ή-NMR (CDCls) δ; 6.45 (d, 1 H, H_l, Ji)2 = 2.6 Hz), 4.99 (dd, 1 H, H-2, J¾i = 2.6, J2,3 = 5.3 Hz), 4.84 (d, 1 H, H-3, J3)2 = 5.3, J3,4 = 2.6 Hz), 4.27 (dt, 1 H, H'4, J4>3 = 2.6, J4,5a = J4>5b = 5.9 Hz), 3.68 (dd, 1 H, H_5a, J5a,4 = 5.9, J5a,5b = 10.6 Hz), 3.48 (dd, 1 H, H-5b, J5b,4 = 5.9, J5b>5a = 10.6 Hz), 0.88 and 0.87 (each s, each 9 H, tert-Bu), 0.07 and 0.05 (each s, each 6 H, each Mex2) 実施例 3
1,4-ァンヒドロ- 3-0-(tert-プチルジメチルシリル) -2·デォキシ -5-ヒドロキシ -D-ェ リス口-ペント -1-ェニトール (3)
Ar雰囲気下、 化合物 2 (5.3 g, 15.0 mmol) を THF (40 mL) に溶解し、 氷 冷下 TBAF (15.7 mL, 15.7 mmol) を滴下し、 同温度にて 1時間撹拌した。 溶 媒を留去し、 残渣を少量のエーテルに溶解し、 シリカゲルを加え減圧下乾固しシ リカゲルに吸着させた後、 シリカゲルカラムクロマトグラフィー (Φ 4 χ (10.0+3.0) cm, へキサン :エーテル = 5: 1 ~ 3: 1) で分離、 精製して、 化合物 3 (2.2 g, 9.3 mmol, 62%) を無色液状物質として得た。 .
!H-NMR (CDCls) δ; 6.47 (d, 1 Η, Η·1, J1>2 = 1.9 Hz), 5.04 (dd, 1 H, H-2, J2)i =
I.9, J2)3 = 5.3 Hz), 4.79 (dd, 1 H, H-3, J3,2 = 5.3, J3>4 = 3.3 Hz), 4.33 (ddd, 1 H, H-4, J43 = 3.3, J4,5a = 6.6, J4,5b = 7.3 Hz), 3.68 (dd, 1 H, H_5a, J5a,4 = 6,6, J5a,5b =
II.2 Hz), 3.60 (dd, 1 H, H-5b, J5b,4 = 7.3, J5b,5a = 11.2 Hz), 0.88 (s, 9 H, tert-Bu): 0.07 (s, 6 H, Mex2) 実施例 4
2-ァミノ- 7-ヒドロキシ- 1,8-ナフチリジン (4)
2,6-ジァミノピリミジン (ll.Og, 0.10 mmol) 、 リンゴ酸 (15.0 g, 0.11 mmol) に氷冷下、 硫酸 (50 mL) を加えた後、 110°Cで 2時間加熱撹拌した。 反応液に氷を加えアンモニア水で中和した。 析出した沈澱をろ取し、 水、 ェタノ ール、 アセトンで洗浄して、 化合物 4 (14.5 g, 0.09 mmol, 90%) を黄褐色固体 として得た。
Ή-NMR (DMSO-de) δ; 11.86 (br s, 1 H, H-l), 7.63 (d, 1 H, H-4, J4>3 = 9.2 Hz), 7.62 (d, 1 H, H-5, J5,6 = 8.6 Hz), 7.03 (s, 2 H, H-4, NH2), 6.33 (d, 1 H, H.6, J6>5 = 8.6 Hz), 6.10 (d, 1 H, H"3, J = 9.2 Hz) 実施例 5
2-(N,N-ジメチルホルムアミジノ)ァミノ- 7-ヒドロキシ -6-ョード -1,8-ナフチリジ ン (5) Ar雰囲気下、 化合物 4 (5.0 g, 31 mmol) を DMF (30 mL) に懸濁し、 NIS (8.4 g, 37 mmol) を加え 24時間撹拌した。 沈澱をろ取し、 DMF、 エタノール、 アセトンで洗浄し、 6-ョード体と化合物 4 の混合物 (1.3 g, 6-ョード体 = 3.5 mmol, 4 = 1.4 mmol) を黄褐色固体として得た。
Ar雰囲気下、 6-ョード体と化合物 4の混合物 (500 mg, 6·ョ一ド体 = 1.30 mmol, 4 = 0.60 mmol) を DMF (10 mL) に懸濁し、 1,1-ジメトキシトリメチ ルァミン (0.28 mL, 2.1 mmol) を加え、 80°Cで加熱撹拌した。 12時間後、 1,1- ジメトキシトリメチルァミン (0.12 mL, 0.90 mmol) を追加してさらに 12時間 加熱撹拌した。 反応液を放冷した後、 沈澱をろ取し、 得られた固体を少量のクロ 口ホルム : メタノール = 1 : 1の混合溶媒に溶解し、 シリカゲルを加え減圧下乾 固しシリカゲルに吸着させた後、 シリカゲルカラムクロマトグラフィー (Φ 1.8 X (11.0+3.0) cm, 0-5% EtOH in CHC13) で分離、 精製して、 化合物 5 (327 mg, 0.95 mmol, 73%) を黄色固体として得た。 ·
mp 244-246 °C
EI-MS (LR): m/z 342 (M+)
Ή-NMR (DMSO-de) δ ; 12.01 (br s, 1 H, NH), 8.50 (s, 1 H, CH), 8.49 (s, 1 H, H-5), 7.79 (d, 1 H, H-3, J3>4 = 8.6 Hz), 6.67 (d, 1 H, H-4, J4,3 = 8.6 Hz), 3.10 (s, 3 H, Me) 3.02 (s, 3 H, Me)
13C-NMR (DMSO-de) δ; 162.95, 159.72, 156.11, 149.63, 147.16, 136.42, 113.37, 110.57, 90.30, 34.49
計算値: CUHUINAO: C, 38.62; H, 3.24; N, 16.38; I, 37.09.
実測値: C, 38.42; H, 3.32; N, 15.95; I, 36.72. 実施例 6
6-( /3 -D-グリセ口-ペントフラン- 3'-ゥロス- Γ-ィル) -2-(Ν,Ν-ジメチルホルムアミジ ノ)ァミノ- 7七ドロキシ -1,8-ナフチリジン (7)
Ar雰囲気下、 酢酸パラジウム (0.09g, 0.4 mmol) 、 トリフエニルアルシン (0.25 g, 0.8 mmol) を DMF (10 mL) に溶解し室温で 20分間撹拌した。 Ar 雰囲気下、 化合物 5 (1.37 g, 4.0 mmol) 、 化合物 3 (1.01 g, 4.4 mmol) 、 トリ ブチルァミン (1.1 mL, 4.5 mmol) を DMF (10 mL) に溶解し、 ここに先に調 整したパラジウム溶液を加え、 60°Cで 30時間加熱撹拌した。 化合物 6の生成を TLC にて確認後、 反応液を氷冷し酢酸 (1.0 mL) を加え、 続いて TBAF (8.0 mL, 8.0 mmol) を加え、 同温度下で 45分間撹拌した。 溶媒を留去し残渣を少量 のメタノールに溶解し、 シリカゲルを加え減圧下乾固しシリカゲルに吸着させた 後、 シリ力ゲル力ラムクロマトグラフィー (Φ 3.0 χ (13.0+3.0) cm, 0-10% MeOH in CHCls) で分離、 精製して、 化合物 7 (1.09 g, 3.3 mmol, 82%) を黄 色固体として得た。
FAB-MS (LR): m/z 330 (M+)
iH-NMR (DMSO-de) δ; 8.49 (s, 1 H, CH), 8.00 (s, 1 H, H.5), 7.84 (d, 1 H, H-4, J4,3 二 8.6 Hz), 6.70 (d, 1 H, H-3, J3)4 = 8.6 Hz), 5.21 (dd, 1 H, Η-Γ, Jr,2'a = 6.0, Jr,2'b = 10.6 Hz), 4.96 (s, 1 H, OH), 4.02 (m, 1 H, Η·4'), 3.70 (m, 2 H, Η-5'a and Η-5'b), 2.85 (dd, 1 H, Η-2'a, J2 v = 6.0, J2'a,2'b = 18.5 Hz), 2.30 (dd, 1 H, Η-2'b, Jzb,v = 10.6, J2'b,2'a = 18.5 Hz) 実施例 7
2-ァミノ -6-(2,-デォキシ- /3 -D-リポフラノシル) -7-ヒドロキシ -1,8-ナフチリジン (Na-NO)
Ar雰囲気下、 化合物 7 (1.08 g, 3.26 mmol) を氷冷し酢酸 (50 mL) とァセ トニトリル (50 mL) に溶解し、 NaBH(OAc)3 (1.04 g, 4.9 mmol) を加え同温 度下で 1時間撹拌した。 溶媒を留去し、 メタノールで共沸した後、 残渣を少量 のメタノールに溶解し、 シリカゲルを加え減圧下乾固しシリカゲルに吸着させた 後、 シリ力ゲル力ラムクロマトグラフィー (Φ 3.0 χ (13.0+4.0) cm, 5-25% MeOH in CHC13) で分離、 精製して、 化合物 8 (1.16 g, 3.4 mmol, quant.) を 黄色固体として得た。
化合物 8 (1.16 g, 3.4 mmol) を少量のメタノールに懸濁し、 スチール封管に とりメタノール性アンモニア (100 mL) を加え、 80°Cで 24時間加熱撹拌した。 溶媒を留去し、 残渣を少量のメタノールに溶解し、 シリカゲルを加え減圧下乾固 しシリカゲルに吸着させた後、 シリカゲルカラムクロマトグラフィー (Φ 3.4 χ (10.0+2.0) cm, 10-25% MeOH in CHC13) で分離、 精製して、 化合物 Na_NO
(0.67 g, 2.4 mmol, 72%) を黄色固体として得た。
mp > 280°C
FAB-MS (LR): m/z 278 (M+)
Ή-NMR (DMSO-de) δ; 11.72 (bs s, 1 H, NH), 7.69 (s, 1 H, H-5), 7.84 (d, 1 H, H-4, J4)3 = 8.6 Hz), 6.77 (s, 2 H, NH2), 6.33 (d, 1 H, H-3, J3;4 = 8.6 Hz), 4.98 (m, 2 H, Η-Γ and OH), 4.77 (m, 1 H, OH), 4.12 (m, 1 H, H-3'), 3.75 (m, 1 H, H-4'), 3.45 (m, 2 H, Η-5'a and Η-5'b), 2.31 (m, 1 H, Η-2'a), 1.65 (m, 1 H, H"2'b) 13C-NMR (DMSO-de) <5; 162.15, 159.95, 149.21, 137.00, 133.73, 127.51, 105.12, 104.68, 87.12, 74.68, 72.32, 62.42, 41.22
計算値: Ci3H15N3O4 · 0.72H2O: C, 53.80; H, 5.71; N, 14.48.
実測値: C, 53.66; H, 5.35; N, 14.36. 実施例 8
DNA二本鎖の熱的安定性の測定
実施例 7で得られた 2-ァミノ -6-(2,-デォキシ- ;6 -D-リポフラノシル) -7-ヒドロ キシ -1,8-ナフチリジン (Na-NO)を、 塩基部のアミノ基をジブチルアミジン基で保 護して化合物 9 とした後、 常法に従い 5'-水酸基をジメトキシトリチル化し、 続 いて 3'-位水酸基をホスホロアミダイト化によりアミダイト体 11へと変換した (スキーム 4) 。
Figure imgf000026_0001
得られたアミダイト体 11を、 固相ホスホロアミダイト法に従って DNAオリ ゴマーに導入し、 三環性ィミダゾピリドピリミジンヌクレオシド Im-ONを組み 込んだ DNAオリゴマーを相補鎖として、 DNA二本鎖中での熱的安定性につい て評価した。 その結果、 Im-ON:Na-NO塩基対を 1塩基対導入した場合でも、 三 環性ィミダゾピリドピリミジン同士の塩基対と異なり、 DNA二本鎖は極めて安 定となり、 G:C塩基対と比較して 8.6度安定ィ匕することが分かった (図 3 A) 。 また、 連続して 3塩基対導入した場合、 Tm値は 95.7°Cとなり、 DNA二本鎖が 26.7°C安定化されることが明らかとなった。 これは 1塩基対あたり、 8.9度の安 定化であり、 1塩基対導入した場合にも 3塩基対導入した場合にも DNA二本鎖 を安定化することができた (図 3 B) 。
以上のことから、 新規二環性ナフチリジンヌクレオシドは三環性ィミダゾピリ ドピリミジンの相補塩基として機能し、 DNA二本鎖に歪みを生じさせることな く 4本の水素結合を形成し、 DNA二本鎖をさらに安定ィ匕させることが明らかに なった。

Claims

請求の範囲
1 . 塩基対形成に関与しうる 4個の水素結合性官能基を有するヌクレオシド類 似体であって、 式 I :
Figure imgf000028_0001
式 I I
Figure imgf000028_0002
式 I I I
Figure imgf000028_0003
および式 I V
Figure imgf000029_0001
からなる群より選択される構造を有するヌクレオシド類似体。
2 . 少なくとも 1つの請求項 1記載のヌクレオシド類似体を含むォリゴヌクレ ォチド。
3 . 式 I I I :
Figure imgf000029_0002
で表されるヌクレオシド類似体を製造する方法であって、 式:
Figure imgf000029_0003
[式中、 は水酸基の保護基である]
で表される化合物を、 パラジウムの存在下で式:
Figure imgf000029_0004
[式中、 R 2はアミノ基の保護基であり、 Lは脱離基である]
で表される化合物と反応させ、 次に脱保護することを含む方法。
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