Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. 5. Towards model of «half intercalation» of monomethyne cyanine dyes into double-stranded nucleic acids

Recently we have proposed a model of "half intercalation" of monomethyne cyanine dye into the double-stranded helix. Benzothiazole terminal heterocycle «classically» intercalates, nestled between the adjacent base pairs just when second heterocycle is spatially fixed by nucleic acid groove. We consider that heterocycle with high basicity hits in the more nucleophilic groove whereat heterocycle with low basicity insert in more electrophilic interbase space. The purpose of this study is to determine the possible fixation mode of second heterocycle in nucleic acid groove. We synthesized and investigated the series of structure-like cyanine dyes which have different charge electronic distribution. We suppose that binding of second heterocycle of high basicity is caused by both spatial fixation and electrostatic interaction with phosphate group of nucleic acid. Monomethyne pyria'inium cyanine dye (Cyan 40; 4-((1-methyl-benzothiazoleilidene-2)methyl: 1,2,6-trimethylpyridinium p-toluenesulfonatc interacted with native DNA and RNA with strong fluorescence enhancement. It seems to be perspective for the development of new nucleic acid binding cyanine dyes.Нещодавно тми було запропоновано модель «напівінтерка­ляції» монометинових ціанінових барвників у подвійну спіраль нуклеїнових кислот. Бензтіазоловий гетероцикл «класично» інтеркалюв, розташовуючись між комплементарними парами основ, тоді як другий гетероцикл просторово фіксується в борозні нуклеїнової кислоти. Ми вважаємо, що гетероцикл з високою основністю розміщується в нуклеофільнішій борозні, у той час як гетероцикл з меншою основністю вклинюється в менш електрофільний міжосновний простір. Метою пред­ставлених досліджень було визначення можливого способу фік­сації другого гетероциклу в борозні нуклеїьювої кислоти Намисинтезовано і вивчено низку структуроподібних ціанінових барвників з різним розподілом електронної густини. Ми вва­жаємо, що Зв'язування другого гетероциклу з високою ос­новністю зумовлюється просторовою фіксацією та його елек­тростатичною взаємодією з фосфатними групами нуклеї­нової кислоти. Монометиновші піридинієвий барвник (Cyan 40; 4-[ ( 1-метилбензотіазоліліден-2)метил]-1,2,6-триметил піридиніум тозилат) взаємодіяв з нашивною ДНК та РНК зі значним зростанням інтенсивності флюоресценції. Він, на наш погляд, є перспективним для розробки нових ціанінових бареників, що зв'язуються з нуклеїновими кислотами.Недавно нами предложена модель «полуинтеркаляции» моно­метиновых цианиновых красителей в двойную спираль нуклеиновых кислот Бензотиазоловый гетероцикл «классически» интеркалирует, расположившись между комплементарными па­рами оснований, в то время как другой гетероцикл простран­ственно фиксируется в бороздке нуклеиновой кислоты Мы считаем, что гетероцикл с большей основностью располага­ется в более нуюіеофильной бороздке, тогда как гетероцикл с меньшей основностью встраивается в электрофильное межос­новное пространство. Представленные исследования были на­ правлены на определение возможного способа фиксации гетероцикла с большей основностью в бороздке нуклеиновой кислоты. Нами синтезирована и изучена серия структуроподобных циа­ниновых красителей с разным распределением электронной плотности. Мы считаем, что связывание гетероцикла с большей основностью происходит за счет пространственной фиксации и электростатического взаимодействия с фосфат­ами группами нуклеиновой кислоты. Взаимодействие монометинового пиридинового красителя Cyan 40 (4-[(метилбензотназолилиден-2)метил]-1,2,6 триметилпиридиниум този­лат) с нашивной ДНК и РНК сопровождается значительным возрастанием интенсивности флюоресценции. На наш взгляд, этот краситель является перспективным для разработки на его основе новых цианинов, взаимодействующих с нуклеиновы­ми кислотами

Design of 4-(4-dialkylaminostyryl) -pyridinium dyes for fluorescent detection of amyloid fibrils

The pathological proteins aggregation into the fibrillar structures is common to a large group of amyloid-related disorders, such as neurodegenerative diseases. Accordingly, there is a need for development of analytical tools, particularly fluorescent probes for detection of amyloid fibrils. Aim. To design amyloid-sensitive styrylpyridinium fluorescent dyes. Methods. QSAR model for the prediction of the dye efficiency followed by the synthesis and spectral-luminescent studies. Results. Nine structures with the highest predicted efficiency were selected from the virtual database of 1500 styrylcyanines; these compounds were synthesized and their spectral-luminescent properties in the presence of amyloidogenic protein insulin were studied. The dyes are weakly fluorescent when free and have a low sensitivity to native insulin. In the presence of insulin fibrils, they increase the fluorescence intensity up to dozens of times depending on the nature of the terminal substituent. The dye with a 4-methylpiperidinyl substituent demonstrated the highest fluores-cence response (up to 23 times) and a wide range of fibril detection (1–40 μg/ml). Conclusion. (4-(4-dialkylaminostyryl) -pyridinium dyes with cyclic aliphatic terminal substituent have the properties of fluorescent probes for sensing the amyloid fibrils. The prediction accuracy of the regression model is suitable for the majority of the styrylcyanines but poor in the case of the dyes with piperazinyl substituent or those containing additional aromatic substituents.детектувати амілоїдні фібрили. Мета. дизайн амілоїд-чутливих стирилпіридинових флуоресцентних барвників. Методи. Метод QSAR для передбачення чутливості барвників до амілоїдних фібрил, хімічних синтез, спектральні дослідження . Результати. Із віртуальної бази на 1500 стирилціанінів були обрані дев’ять структур із найвищою передбаченою ефективністю. Обрані сполуки були синтезовані, їх спектрально-люмінесцентні властивості були вивчені у присутності амілоїдогенного білка інсуліну. Ці барвники мають низьку власну флуоресценцію та низьку чутливість до мономерного інсуліну. У присутності фібрилярного інсуліну вони можуть збільшувати інтенсивність флуоресценції до десятків разів залежно від природи кінцевого замісника в молекулі барвника. Барвник із 4-метилпіридиновим замісником має найвищу флуоресцентну відповідь (до 23 разів) і широкий діапазон детекції амілоїд них фібрил (1–40 мкг / мл). Висновки. (4-(4- диалкіламіностирил) -піридинові барвники з циклічними аліфатичними кінцевими замісниками демонструють перспективні властивості як флуоресцентні зонди для детекції амілоїдних фібрил. Регресійна модель показала хорошу точність передбачення для більшості барвників, виключенням є стирилціаніни, що містять піперазиніловий та інші ароматичні замісники.Патологическая агрегация белков в бета-складчатые фибриллярные структуры связана с большой группой тяжелых заболеваний, в частности, нейродегенеративных расстройств. В связи с этим актуальной является разработка аналитических инструментов, к примеру, флуоресцентных зондов, позволяющих детектировать амилоидные фибриллы. Цель. дизайн амилоид-чувствительных стирилпиридиновых флуоресцентных красителей. Методы. Метод QSAR для предсказания чувствительности красителя к фибриллам, синтез, спектральные исследования. Результаты. Из виртуальной базы на 1500 стирилцианинов были выбраны девять структур с высокой прогнозированной эффективностью. Эти соединения были синтезированы, их спектрально-люминесцентные свойства были изучены в присутствии амилоидогенного белка инсулина. Красители показали низкую собственную флуоресценцию и низкую чувствительность к мономерному инсулину. В присутствии фибриллярного инсулина они могут увеличивать интенсивность флуоресценции до десятков раз в зависимости от природы концевого заместителя в молекуле красителя. Краситель с 4-метилпиридиновым заместителем дает самый высокий флуоресцентный ответ (до 23 раз) и широкий диапазон детекции амилоидных фибрил (1–40 мкг / мл). Выводы. (4-(4-диалкиламиностирил)-пиридиновые красители с циклическими алифатическими конечными заместителями демонстрируют перспективные свойства как флуоресцентные зонды для детекции амилоидных фибрилл. Регрессионная модель показала хорошую точность предсказания для большинства стирилцианинов, за исключением красителей содержащих пиперазиниловий и другие ароматические заместители

Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. 2. Spectroscopic properties of methyleneoxy analogues of Thiazole Orange

A series of asymmetric cyanine dyes based on methylenoxy benzothiazole terminal hetero-cycle was synthesized. Absorption and fluorescent properties of these dyes and their complexes with nucleic acids were investigated. The best results were obtained with 2-[(3-methyl-2(3H)-benzothiazolyliden)-methyl]-5,6-dioxymethylene-3-methylbenzothiaz olium p-toluenesulfonate (Cyan 13). A possible model of binding monomethyne benz-thiazole cyanine dyes with double-stranded nucleic acids is proposed.Синтезовано серію асиметричних монометинових ціанінових барвників з метиленоксибензтіазоловим термінальним гетероциклом. Досліджено їх абсорбційні та флюоресцентні властивості, спектральні властивості їх комплексів з нуклеїновими кислотами. Найкращі результати одержані з n - толулол сул ьфо на том 2-[ ( 3 - метил-2 ( ЗН )-бензотіазоліліден) метил] -5,6-диоксиметилен-3-метил-бензотіазолію. Пропонується гіпотетична модель взаємодії монометинових бензтіазолових барвників з двоспіральними нуклеїновими кислотами.Синтезирована серия асимметричных монометиновых цианиновых красителей с метиле ноксибензтиазоловым терминальным гетероциклом. Исследованы их абсорбционные и флюоресцентные свойства, спектральные свойства их комплексов с нуклеиновыми кислотами. Наилучшие результаты получены с n-толулолсульфонатом 2-[( 3-метил-2( ЗН )-бензотиазолилиден)метил]-5,6-диоксиметилен-З-метилбензотиазолия. Предлагается гипотетическая модель взаимодействия монометиновых бензтиазоловых красителей с двуспиральными нуклеиновыми кислотами

N-alkylaryl styrylcyanine dyes as fluorescent probes for nucleic acids detection

Aim. To synthesize and characterize a series of N-alkylaryl benzothiazole styrylcyanine dyes as potential fluorescent probes for nucleic acids (NA) detection. Methods. Synthesis, absorption and fluorescence spectroscopy, gel electrophoresis. Results. The modification of N-alkyl styrylcyanine by variation of aromatic moieties insignificantly affected its inherent fluorescent properties. Weakly fluorescent in an unbound state, the dyes noticeably increased their emission upon binding to dsDNA/RNA (up to 83-fold for the derivative with N-alkylbenzylamine group (Sbt1) complexed with dsDNA: with a binding constant (Kb) of 5.0×104 M⁻¹, detection limit of dsDNA in solution of 6.2×10⁻⁷ Mbp (0.4 µg)). When bound to dsDNA, styrylcyanines have moderate quantum yields (up to ~22 %). The variation of structure of the terminal aromatic group allowed to discriminate between dsDNA and RNA: the fluorescence of the Sbt2 dye with the N-alkylphenantroline group increased 14 and 55-fold, respectively. A higher discernibility of post-electrophoretic staining at low DNA concentrations (3.6 ng/lane) by the Sbt3 dye with the N-alkyldipyridyl group was observed compared to the commonly used ethidium bromide. Conclusions. Due to the sensitivity of novel styrylcyanines to NA in solution and in gel electrophoresis, they could be proposed as photostable, low-toxic and inexpensive fluorescent probes for laboratory use.Мета. Синтезувати і охарактеризувати у якості флуоресцентних зондів на нуклеїнові кислоти (НК) серію нових N-алкіларил функціоналізованих бензтіазол стирилціанінових барвників. Методи. Синтез, флуоресцентна і абсорбційна спектроскопія, метод гель-електрофорезу. Результати. Різні термінальні арильні групи в N-алкіл позиції барвника незначно впливають на його флуоресцентні властивості. Барвники, що мають слабку флюоресценцію у вільному стані, значно підвищують емісію при зв'язуванні з длДНК / РНК (до 83 раз при зв'язуванні Sbt1 з N-алкілбензиламінною групою з ДНК, його константа зв'язування (Kb) – 5.0×104 M⁻¹, межа визначення длДНК в розчині – 6.2×10⁻⁷ М п.о. (0.4 µg)). У комплексі з ДНК квантові виходи стирилціанінів є середніми (до ~22%). Структура термінальної ароматичної групи в N-заміснику може визначати здатність барвника відрізняти длДНК від РНК, наприклад у Sbt2 з N-алкілфенантроліновою групою емісія зростає в 14 і 55 рази відповідно. Показано, що пост-електрофоретичне забарвлення низької концентрації ДНК (3.6 нг/лінія) за допомогою барвника Sbt3 з N-алкілдіпірідильною групою дає більш чітку візуалізацію у порівнянні з широко використовуваним бромистим етидієм. Висновки. Завдяки чутливості нових стирилціанінів до НК в розчині і при гель-електрофорезі, вони можуть бути запропоновані в якості фотостабільних низькотоксичних недорогих флуоресцентних зондів для рутинних лабораторних експериментів.Цель. Синтезировать и охарактеризовать в качестве флуоресцентных зондов для определения нуклеиновых кислот (НК) серию N-алкиларил функционализированых бензтиазол стирилцианиновых красителей. Методы. Синтез, флуоресцентная и абсорбционная спектроскопия, метод гель-электрофореза. Результаты. Различные терминальные арильные группы в N-алкил положении красителя незначительно влияют на его флуоресцентные свойства. Слабо флуоресцирующие в свободном состоянии, красители значительно повышают эмиссию при связывании с дцДНК/РНК (до 83 раз при связывании Sbt1 с N-алкилбензиламинной группой с ДНК, его константа связывания (Kb) – 5.0×104 M⁻¹, предел определения дцДНК в растворе – 6.2×10⁻⁷ М п.о. (0.4 µg)). В комплексе с ДНК квантовые выходы стирилцианинов средние (до ~22 %). Вариация ароматического N-терминальных заместителя может придать красителю способность различать определенные типы НК; так, для Sbt2, содержащего N-алкилфенантролиновую группу, наблюдается увеличение флуоресцентнции в 14 и 55 раз соответственно. Показано, что пост-электрофоретическое окрашивание низких концентраций ДНК (3.6 нг/линия) с помощью красителя Sbt3 с N-алкилдипиридильной группой дает более четкую визуализацию по сравнению с широко используемым бромистым этидием. Выводы. Благодаря чувствительности новых стирилцианинов к НК в растворе и при гель-электрофорезе, они могут быть предложены в качестве фотостабильных низкотоксичных недорогих флуоресцентных зондов для рутинных лабораторных экспериментов

Towards the anti-fibrillogenic activity of phthalocyanines with out-of-plane ligands: correlation with self-association proneness

Aim. The activity of five hafnium phthalocyanines containing out-of-plane ligands as inhibitors of reaction of insulin fibril formation is studied and correlation between their inhibitory properties and tendency to self-association is discussed. Methods. Fluorescence and absorption spectroscopy. Results. For the complexes with weak proneness to self-association PcHfDbm2, PcHfPyr2, and PcHfBtfa2 the values of inhibitory activity were estimated as 60–73 %. For phthalocyanines with the pronounced tendency to self-association PcHfPiromelit and PcHfCl2 the noticeably higher inhibitory activity values (about 95 %) were shown. In the presence of native or fibrilar insulin the destruction of self-associates of metal complex occurs in buffer pH 7.9, Besides upon the conditions of insulin fibrillization reaction (0.1 M HCl) phthalocyanines exist predominantly as monomers. Conclusions. The phthalocyanines with out-of-plane ligands with higher tendency to self-association have shown higher inhibitory activity in the insulin fibril formation comparing with the poorly aggregated metal complexes. At the same time low-order self-associates are not involved directly in the mechanism of inhibition of insulin fibrillization and the phthalocyanines bind with protein in monomeric form. Tendency of phthalocyanines to self-association in aqueous media seems to be an «indicator» of their proneness to stack with protein aromatic amino-acids and thus of anti-fibrilogenic properties.Мета. Дослідити активність п’яти фталоціанінів гафнію, що містять позаплощинні ліганди як інгібітори реакції фібрилоутворення інсуліну, та встановити кореляцію між інгібіторними властивостями фталоціанінів і їхньою схильністю до самоасоціації. Методи. Флуоресцентна спектроскопія і спектроскопія електронного поглинання. Результати. Для комплексів PcHfDbm2, PcHfPyr2 і PcHfBtfa2, які практично не утворюють агрегатів у водному буфері, інгібіторна активність становить 60–73 %. Фталоціаніни PcHfPiromelit і PcHfCl2 з високою схильністю до утворення агрегатів практично повністю пригнічують формування амілоїдних фібрил інсуліну (інгібіторна активність приблизно 95 %). У водному буфері за присутності мономерного або фібрилярного інсуліну відбувається руйнування агрегатів металокомплексів. Крім того, за умов проведення реакції фібрилізації інсуліну (0,1 М HCl) фталоціаніни існують переважно у вигляді мономерів. Висновки. Фталоціаніни з позаплощинними лігандами з тенденцією до самоасоціації демонструють вищу інгібувальну активність у реакції фібрилізації інсуліну порівняно з металокомплексами, які агрегують гірше. Фталоціанінові самоасоціати низького порядку безпосередньо не залучені до механізму інгібування агрегатоутворення інсуліну, тобто фталоціанін зв’язується з білком у мономерній формі. Тенденцію до самоасоціації фталоціані- нів у водному середовищі можна розглядати як «індикатор» їхньої схильності до взаємодії з ароматичними амінокислотами і, отже, як показник їхньої антифібрилогенної активності.Цель. Исследовать активность пяти фталоцианинов гафния, содержащих внеплоскостные лиганды в качестве ингибиторов реакции фибриллообразования инсулина, и установить корреляцию между их ингибиторными свойствами и склонностью к самоассоциации. Методы. Флуоресцентная спектроскопия и спектроскопия электронного поглощения. Результаты. Для комплексов PcHfDbm2, PcHfPyr2 и PcHfBtfa2, практически не образующих агрегатов в водном буфере, ингибиторная активность составляет 60–73 %. Фталоцианины PcHfPiromelit и PcHfCl2 с высокой склонностью к образованию агрегатов практически полностью подавляют формирование амилоидных фибрилл инсулина (ингибиторная активность около 95 %). В водном буфере в присутствии мономерного или фибриллярного инсулина происходит разрушение агрегатов металлокомплексов. Кроме того, в условиях проведения реакции фибриллизации инсулина (0,1 М HCl) фталоцианины существуют преимущественно в виде мономеров. Выводы. Фталоцианины с внеплоскостными лигандами с тенденцией к самоассоциации демонстрируют высокую ингибирующую активность в реакции фибриллизации инсулина по сравнению с металлокомплексами, агрегирующими хуже. Фталоцианиновые самоассоциаты низкого порядка непосредственно не вовлечены в механизм ингибирования агрегатообразования инсулина, т. е. фталоцианин связывается с белком в мономерной форме. Тенденцию к самоассоциации фталоцианинов в водной среде можно рассматривать как «индикатор» их склонности ко взаимодействию с ароматическими аминокислотами и, следовательно, как показатель их антифибриллогенной активности

Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. 5. Towards model of «half intercalation of monomethyne cyanine dyes into double-stranded nucleic acids

Recently we have proposed a model of "half intercalation" of monomethyne cyanine dye into the double-stranded helix. Benzothiazole terminal heterocycle «classically» intercalates, nestled between the adjacent base pairs just when second heterocycle is spatially fixed by nucleic acid groove. We consider that heterocycle with high basicity hits in the more nucleophilic groove whereat heterocycle with low basicity insert in more electrophilic interbase space. The purpose of this study is to determine the possible fixation mode of second heterocycle in nucleic acid groove. We synthesized and investigated the series of structure-like cyanine dyes which have different charge electronic distribution. We suppose that binding of second heterocycle of high basicity is caused by both spatial fixation and electrostatic interaction with phosphate group of nucleic acid. Monomethyne pyria'inium cyanine dye (Cyan 40; 4-((1-methyl-benzothiazoleilidene-2)methyl: 1,2,6-trimethylpyridinium p-toluenesulfonatc interacted with native DNA and RNA with strong fluorescence enhancement. It seems to be perspective for the development of new nucleic acid binding cyanine dyes.Нещодавно тми було запропоновано модель «напівінтерка­ляції» монометинових ціанінових барвників у подвійну спіраль нуклеїнових кислот. Бензтіазоловий гетероцикл «класично» інтеркалюв, розташовуючись між комплементарними парами основ, тоді як другий гетероцикл просторово фіксується в борозні нуклеїнової кислоти. Ми вважаємо, що гетероцикл з високою основністю розміщується в нуклеофільнішій борозні, у той час як гетероцикл з меншою основністю вклинюється в менш електрофільний міжосновний простір. Метою пред­ставлених досліджень було визначення можливого способу фік­сації другого гетероциклу в борозні нуклеїьювої кислоти Намисинтезовано і вивчено низку структуроподібних ціанінових барвників з різним розподілом електронної густини. Ми вва­жаємо, що Зв'язування другого гетероциклу з високою ос­новністю зумовлюється просторовою фіксацією та його елек­тростатичною взаємодією з фосфатними групами нуклеї­нової кислоти. Монометиновші піридинієвий барвник (Cyan 40; 4-[ ( 1-метилбензотіазоліліден-2)метил]-1,2,6-триметил піридиніум тозилат) взаємодіяв з нашивною ДНК та РНК зі значним зростанням інтенсивності флюоресценції. Він, на наш погляд, є перспективним для розробки нових ціанінових бареників, що зв'язуються з нуклеїновими кислотами.Недавно нами предложена модель «полуинтеркаляции» моно­метиновых цианиновых красителей в двойную спираль нуклеиновых кислот Бензотиазоловый гетероцикл «классически» интеркалирует, расположившись между комплементарными па­рами оснований, в то время как другой гетероцикл простран­ственно фиксируется в бороздке нуклеиновой кислоты Мы считаем, что гетероцикл с большей основностью располага­ется в более нуюіеофильной бороздке, тогда как гетероцикл с меньшей основностью встраивается в электрофильное межос­новное пространство. Представленные исследования были на­ правлены на определение возможного способа фиксации гетероцикла с большей основностью в бороздке нуклеиновой кислоты. Нами синтезирована и изучена серия структуроподобных циа­ниновых красителей с разным распределением электронной плотности. Мы считаем, что связывание гетероцикла с большей основностью происходит за счет пространственной фиксации и электростатического взаимодействия с фосфат­ами группами нуклеиновой кислоты. Взаимодействие монометинового пиридинового красителя Cyan 40 (4-[(метилбензотназолилиден-2)метил]-1,2,6 триметилпиридиниум този­лат) с нашивной ДНК и РНК сопровождается значительным возрастанием интенсивности флюоресценции. На наш взгляд, этот краситель является перспективным для разработки на его основе новых цианинов, взаимодействующих с нуклеиновы­ми кислотами

Design of 4-(4-dialkylaminostyryl) -pyridinium dyes for fluorescent detection of amyloid fibrils

The pathological proteins aggregation into the fibrillar structures is common to a large group of amyloid-related disorders, such as neurodegenerative diseases. Accordingly, there is a need for development of analytical tools, particularly fluorescent probes for detection of amyloid fibrils. Aim. To design amyloid-sensitive styrylpyridinium fluorescent dyes. Methods. QSAR model for the prediction of the dye efficiency followed by the synthesis and spectral-luminescent studies. Results. Nine structures with the highest predicted efficiency were selected from the virtual database of 1500 styrylcyanines; these compounds were synthesized and their spectral-luminescent properties in the presence of amyloidogenic protein insulin were studied. The dyes are weakly fluorescent when free and have a low sensitivity to native insulin. In the presence of insulin fibrils, they increase the fluorescence intensity up to dozens of times depending on the nature of the terminal substituent. The dye with a 4-methylpiperidinyl substituent demonstrated the highest fluores-cence response (up to 23 times) and a wide range of fibril detection (1–40 μg/ml). Conclusion. (4-(4-dialkylaminostyryl) -pyridinium dyes with cyclic aliphatic terminal substituent have the properties of fluorescent probes for sensing the amyloid fibrils. The prediction accuracy of the regression model is suitable for the majority of the styrylcyanines but poor in the case of the dyes with piperazinyl substituent or those containing additional aromatic substituents.детектувати амілоїдні фібрили. Мета. дизайн амілоїд-чутливих стирилпіридинових флуоресцентних барвників. Методи. Метод QSAR для передбачення чутливості барвників до амілоїдних фібрил, хімічних синтез, спектральні дослідження . Результати. Із віртуальної бази на 1500 стирилціанінів були обрані дев’ять структур із найвищою передбаченою ефективністю. Обрані сполуки були синтезовані, їх спектрально-люмінесцентні властивості були вивчені у присутності амілоїдогенного білка інсуліну. Ці барвники мають низьку власну флуоресценцію та низьку чутливість до мономерного інсуліну. У присутності фібрилярного інсуліну вони можуть збільшувати інтенсивність флуоресценції до десятків разів залежно від природи кінцевого замісника в молекулі барвника. Барвник із 4-метилпіридиновим замісником має найвищу флуоресцентну відповідь (до 23 разів) і широкий діапазон детекції амілоїд них фібрил (1–40 мкг / мл). Висновки. (4-(4- диалкіламіностирил) -піридинові барвники з циклічними аліфатичними кінцевими замісниками демонструють перспективні властивості як флуоресцентні зонди для детекції амілоїдних фібрил. Регресійна модель показала хорошу точність передбачення для більшості барвників, виключенням є стирилціаніни, що містять піперазиніловий та інші ароматичні замісники.Патологическая агрегация белков в бета-складчатые фибриллярные структуры связана с большой группой тяжелых заболеваний, в частности, нейродегенеративных расстройств. В связи с этим актуальной является разработка аналитических инструментов, к примеру, флуоресцентных зондов, позволяющих детектировать амилоидные фибриллы. Цель. дизайн амилоид-чувствительных стирилпиридиновых флуоресцентных красителей. Методы. Метод QSAR для предсказания чувствительности красителя к фибриллам, синтез, спектральные исследования. Результаты. Из виртуальной базы на 1500 стирилцианинов были выбраны девять структур с высокой прогнозированной эффективностью. Эти соединения были синтезированы, их спектрально-люминесцентные свойства были изучены в присутствии амилоидогенного белка инсулина. Красители показали низкую собственную флуоресценцию и низкую чувствительность к мономерному инсулину. В присутствии фибриллярного инсулина они могут увеличивать интенсивность флуоресценции до десятков раз в зависимости от природы концевого заместителя в молекуле красителя. Краситель с 4-метилпиридиновым заместителем дает самый высокий флуоресцентный ответ (до 23 раз) и широкий диапазон детекции амилоидных фибрил (1–40 мкг / мл). Выводы. (4-(4-диалкиламиностирил)-пиридиновые красители с циклическими алифатическими конечными заместителями демонстрируют перспективные свойства как флуоресцентные зонды для детекции амилоидных фибрилл. Регрессионная модель показала хорошую точность предсказания для большинства стирилцианинов, за исключением красителей содержащих пиперазиниловий и другие ароматические заместители

Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. 2. Spectroscopic properties of methyleneoxy analogues of Thiazole Orange

A series of asymmetric cyanine dyes based on methylenoxy benzothiazole terminal hetero-cycle was synthesized. Absorption and fluorescent properties of these dyes and their complexes with nucleic acids were investigated. The best results were obtained with 2-[(3-methyl-2(3H)-benzothiazolyliden)-methyl]-5,6-dioxymethylene-3-methylbenzothiaz olium p-toluenesulfonate (Cyan 13). A possible model of binding monomethyne benz-thiazole cyanine dyes with double-stranded nucleic acids is proposed.Синтезовано серію асиметричних монометинових ціанінових барвників з метиленоксибензтіазоловим термінальним гетероциклом. Досліджено їх абсорбційні та флюоресцентні властивості, спектральні властивості їх комплексів з нуклеїновими кислотами. Найкращі результати одержані з n - толулол сул ьфо на том 2-[ ( 3 - метил-2 ( ЗН )-бензотіазоліліден) метил] -5,6-диоксиметилен-3-метил-бензотіазолію. Пропонується гіпотетична модель взаємодії монометинових бензтіазолових барвників з двоспіральними нуклеїновими кислотами.Синтезирована серия асимметричных монометиновых цианиновых красителей с метиле ноксибензтиазоловым терминальным гетероциклом. Исследованы их абсорбционные и флюоресцентные свойства, спектральные свойства их комплексов с нуклеиновыми кислотами. Наилучшие результаты получены с n-толулолсульфонатом 2-[( 3-метил-2( ЗН )-бензотиазолилиден)метил]-5,6-диоксиметилен-З-метилбензотиазолия. Предлагается гипотетическая модель взаимодействия монометиновых бензтиазоловых красителей с двуспиральными нуклеиновыми кислотами

MALDI mass spectrometry of zirconium and hafnium dibenzoylmethanate phthalocyanines

The GALDI mass spectrometry studies have shown the noticeable distinction in behavior of similar structure phthalocyanine complexes of zirconium and hafnium containing dibenzoylmethane groups as out-of-plane ligands. The hafnium phthalocyanine PcHfDbm₂ is an association prone and form different types of associates ([(PcHfDbm)₂]⁺, [PcHfDbm+PcHfDbm₂]⁺) in positive ion mode and ([(PcHfDbm₂)₂]⁻) in negative ion mode, while for zirconium phthalocyanine PcZrDbm₂ no associates were observed. Furthermore two pathways of fragmentation are suggested for these complexes. The first pathway occurs for both PcZrDbm₂ and PcHfDbm₂ in positive and negative ion modes, while second one only for PcHfDbm₂ in negative ion mode. Interaction of phthalocyanines with fibrillogenic protein insulin was studied by MALDI mass spectrometry. In presence of PcZrDbm₂ and PcHfDbm₂ the disappearance of peaks of low-molecular aggregates of insulin is observed, that points at interaction of phthalocyanines with protein early aggregates.GALDI мас-спектрометричними дослідженнями показано суттєву різницю в поведінці фталоціанінових комплексів цирконію та гафнію з дибензоїлметанатними позаплощинними лігандами, що мають подібну структуру. Фталоціанін гафнію PcHfDbm₂ має схильність до асоціації і утворює різні типи асоціатів ([(PcHfDbm)₂]⁺, [PcHfDbm + PcHfDbm₂]⁺) у режимі реєстрації позитивних іонів і ([(PcHfDbm₂)₂]⁻) — у режимі реєстрації негативних іонів, а для фталоціаніну цирконію PcZrDbm₂ асоціати не спостерігалися. Запропоновано два шляхи фрагментації для цих комплексів. Перший шлях має місце для PcZrDbm₂ і PcHfDbm₂ у режимі реєстрації позитивних і негативних іонів, в той час як другий — тільки для PcHfDbm₂ у режимі реєстрації негативних іонів. MALDI масспектрометрією було вивчено взаємодію фталоціанінів з фібрилогенним білком інсуліном. У присутності PcZrDbm₂ і PcHfDbm₂ спостерігається зникнення піку низькомолекулярних агрегатів інсуліну, що вказує на взаємодію фталоціанінів з початковими агрегатами білків.GALDI масс-спектрометрическимиисследованиями показана существенная разница в поведении имеющих подобную структуру фталоцианиновых комплексов циркония и гафния с дибензоилметанатными внеплоскостными лигандами. Фталоцианин гафния PcHfDbm₂ имеет склонность к ассоциации и образует разные типы ассоциатов ([(PcHfDbm)₂]⁺, [PcHfDbm + PcHfDbm₂]⁺) в режиме регистрации положительных ионов и ([(PcHfDbm₂)₂]⁻) — в режиме регистрации отрицательных ионов, а дляфталоцианина циркония PcZrDbm₂ ассоциаты ненаблюдались. Предложены два пути фрагментации этих комплексов. Первый путь характерен для PcZrDbm₂ и PcHfDbm₂ в режиме регистрации положительных и отрицательных ионов, тогда как второй — только для PcHfDbm₂ в режиме регистрации отрицательных ионов. MALDI масс-спектрометрией изучено взаимодействие фталоцианинов с фибриллогенным белком инсулином. В присутствии PcZrDbm₂ и PcHfDbm₂ наблюдается исчезновение пика низкомолекулярных агрегатов инсулина, что свидетельствует о взаимодействии фталоцианинов с первоначальными агрегатами белков

Explorations of the application of cyanine dyes for quantitative α-synuclein detection

We examined the practical aspects of using fluorescent mono (T-284) and trimethinecyanine (SH-516) dyes for detecting and quantifying fibrillar α-synuclein (ASN). We studied the interaction of cyanine dyes with fibrillar proteins using fluorescence spectroscopy and atomic force microscopy. The commercially available classic amyloid stain thioflavin T (Thio T) was used as the reference dye. T-284 and SH-516 dyes can be used for fluorometric quantification of fibrillar wild-type ASN at concentrations of ∼1.5–20 µg/ml. Both dyes appeared suitable for step-wise monitoring of ASN variants (wild-type and mutants A30P and A53T) aggregation into fibrils in vitro, demonstrating good reproducibility, exceeding that for the commonly used Thio T. Our assay may be used for screening in vitro of agents capable of affecting the aggregation of ASN. In addition, T-284 and SH-516 cyanine dyes were shown to recognize amyloid proteins of various amino acid compositions selectively. T-284 demonstrated particular sensitivity to wild-type and A53T ASN, while for SH 516, the fluorescence response to fibrillar proteins was nearly the same except for lysozymes. T-284 and SH-516 cyanine dyes are sensitive and specific fluorescent probes for monitoring ASN fibril formation process in vitro, quantification of fibrillar ASN in solution, and fluorescent detection of various fibrillar protein specie