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

Abstract

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.