DNA‐Templated Synthesis of Trimethine Cyanine Dyes: A Versatile Fluorogenic Reaction for Sensing G‐Quadruplex Formation

Meguellati, Kamel; Koripelly, Girish; Ladame, Sylvain

doi:10.1002/ange.201000291

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“…[227] Ladame and co-workers used PNA molecules containing chemically reactive groups that, upon hybridization to the "sticky ends" of a G-quadruplex, became colocalized and thereby reacted to form a fluorescent product ( Figure 3). [228] 3,3-Dimethylindolin-(2-ylidene)acetaldehyde (indoline 1) and N-alkyl-2-methyleneindoline (indoldine 2) were used as fluorogenic coupling groups. Upon condensation, a trimethine cyanine dye (Cy3) was gener-Scheme 13.…”

Section: Dna-templated Fluorophore Synthesismentioning

confidence: 99%

“…Quadruplex-templated reactions resulted in as much as a 45-fold increase in fluorescence, but little or no increase was observed for duplex templates or G-quadruplexes with incompatible sticky ends. It is therefore possible that specific G-quadruplex sequences can be targeted in the context of genomic DNA, [228] but further optimization of this approach is needed before cell-based studies become feasible. In addition to some nonspecific templating effects reported for DNA hairpins, [229] the aldehyde-containing indoline 1 used in these experiments reacts with aliphatic amines in cellular proteins.…”

Section: Dna-templated Fluorophore Synthesismentioning

confidence: 99%

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Fluorescent Probes for G‐Quadruplex Structures

2013

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Mounting evidence supports the presence of biologically relevant G-quadruplexes in single-cell organisms, but the existence of endogenous G-quadruplex structures in mammalian cells remains highly controversial. This is due, in part, to the common misconception that DNA and RNA molecules are passive information carriers with relatively little structural or functional complexity. For those working in the field, however, the lack of available tools for characterizing DNA structures in vivo remains a major limitation to addressing fundamental questions about structure-function relationships of nucleic acids. In this review, we present progress towards the direct detection of G-quadruplex structures by using small molecules and modified oligonucleotides as fluorescent probes. While most development has focused on cell-permeable probes that selectively bind to G-quadruplex structures with high affinity, these same probes can induce G-quadruplex folding, thereby making the native conformation of the DNA or RNA molecule (i.e., in the absence of probe) uncertain. For this reason, modified oligonucleotides and fluorescent base analogues that serve as "internal" fluorescent probes are presented as an orthogonal means for detecting conformational changes, without necessarily perturbing the equilibria between G-quadruplex, single-stranded, and duplex DNA. The major challenges and motivation for the development of fluorescent probes for G-quadruplex structures are presented, along with a summary of the key photophysical, biophysical, and biological properties of reported examples.

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Section: Dna-templated Fluorophore Synthesismentioning

confidence: 99%

Section: Dna-templated Fluorophore Synthesismentioning

confidence: 99%

Fluorescent Probes for G‐Quadruplex Structures

2013

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“…Jedoch würden viele Anwendungen von einer katalytischen Wirksamkeit des Templats profitieren. [5] Hierbei wurde das Fluoreszenzsignal durch die Bildung eines Fluorophors erzeugt. [2][3][4] Dabei bewirkt ein Templatmolekül (= Analyt) die Bildung mehrerer Signalmoleküle.…”

unclassified

“…Kürzlich wurde eine Aldol-artige Chemie genutzt, um Cyaninfarbstoffe über eine DNA-gesteuerte Verknüpfungsreaktion zu generieren. [5] [7] Dies resultiert in einer Intensivierung der Stilben-Emission und trägt als ein zweites Mittel zur Signalverstärkung bei.…”

unclassified

Konsekutive Signalverstärkung für die DNA‐Detektion basierend auf einer De‐novo‐Fluorophorsynthese und Wirt‐Gast‐Chemie

2012

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Durch Nukleinsäuretemplate gesteuerte chemische Reaktionen erçffnen den Material-und Lebenswissenschaften faszinierende Mçglichkeiten. In kürzlich erschienenen Arbeiten wurde die Nukleinsäure-gesteuerte Chemie mit dem Ziel eingesetzt, replizierbare DNA-Nanoarchitekturen zu konstruieren, die Testung von Wirkstoffen zu erleichtern, DNA und RNA sogar in lebenden Zellen nachzuweisen und wirkstoffähnliche Moleküle freizusetzen. [1] Typischerweise werden bei diesen Umsetzungen stçchiometrische Mengen des DNA-Templats bençtigt. Jedoch würden viele Anwendungen von einer katalytischen Wirksamkeit des Templats profitieren. [1a] Intensive Anstrengungen galten der Entwicklung templatkatalysierter Reaktionen, durch die geringste Mengen an DNA oder RNA nachgewiesen werden kçnnen. [2][3][4] Dabei bewirkt ein Templatmolekül (= Analyt) die Bildung mehrerer Signalmoleküle. Der katalytische Umsatz am Templat stellt somit einen Mechanismus zur Verstärkung des detektierten Signals dar. Unter den üblicherweise ausgelesenen Werten wird Fluoreszenz mit Abstand am häufigsten genutzt. [3, 4] Methoden, bei denen die Gegenwart des Analyts einen Anstieg der Fluoreszenzintensität herbeiführt, gestatten Messungen in Echtzeit und bieten Ansätze, um RNA in lebenden Zellen bildgebend darzustellen und/oder DNA in einem PCR-freien Verfahren nachzuweisen.Die vorangegangenen Arbeiten auf diesem Gebiet konzentrierten sich auf DNA-gesteuerte Reaktionen zwischen markierten Oligonukleotiden, welche gelçschte Fluorophore oder Photosensibilisatoren trugen. [3, 4] Das Fluorophorsystem war dabei bereits vorhanden und die templatgesteuerte Reaktion diente einzig dem Zweck, die fluoreszenzlçschenden Gruppen voneinander zu entfernen. Detektionsverfahren, die auf gelçschten Fluorophoren beruhen, haben oft den Nachteil eines relativ hohen Hintergrundsignals, welches von unvollständiger Fluoreszenzlçschung bzw. der potentiellen hydrolytischen Spaltung estergebundener Chromophore herrührt. Kürzlich wurde eine Aldol-artige Chemie genutzt, um Cyaninfarbstoffe über eine DNA-gesteuerte Verknüpfungsreaktion zu generieren. [5] Hierbei wurde das Fluoreszenzsignal durch die Bildung eines Fluorophors erzeugt. Verknüpfungsreaktionen führen jedoch zu Produktinhibierung, was den katalytischen Umsatz am Templat und somit die Signalverstärkung verhindert. DNA-gesteuerte Spaltungsreaktionen zeichnen sich dagegen durch eine verminderte Produktinhibierung aus. So wurden templatgesteuerte Versionen der Staudinger-Reaktion zur Freisetzung von Stickstoff aus Azidgelçschten Fluorophoren oder a-Azidoether-verbrückten Lçschern genutzt. [4] Diese Reaktionen ermçglichten einen katalytischen Umsatz am Templat und hohe Fluoreszenzverstärkungen.Hier stellen wir nun einen neuen Ansatz vor, bei dem eine Olefinierungsreaktion, die über einen Gruppentransfer verläuft (und nicht etwa über eine Verknüpfungs-oder Spaltungsreaktion), zur De-novo-Synthese eines Fluorophors führt (Schema 1 a). In einem zweiten Schritt wird der neu gebildete Fluorophor durch ein Rezeptormolekül erkannt (Schema 1 b)....

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“…The PNA strands were designed in a way that the fluorogenic reaction occurred only if a quadruplex was formed. This feature enabled the specific detection of ckit21T quadruplex, a promoter region of c ‐ kit gene, down to 500 n m concentration . The introduction of a modified aldehyde derivative led to the formation of a pentamethine cyanine dye (Cy5) in a similar fashion.…”

Section: Uncaging Of Smart Probes For Nucleic Acid Imagingmentioning

confidence: 99%

Nucleic Acid Templated Reactions for Chemical Biology

Pisa

Seitz

2017

ChemMedChem

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Nucleic acid directed bioorthogonal reactions offer the fascinating opportunity to unveil and redirect a plethora of intracellular mechanisms. Nano‐ to picomolar amounts of specific RNA molecules serve as templates and catalyze the selective formation of molecules that 1) exert biological effects, or 2) provide measurable signals for RNA detection. Turnover of reactants on the template is a valuable asset when concentrations of RNA templates are low. The idea is to use RNA‐templated reactions to fully control the biodistribution of drugs and to push the detection limits of DNA or RNA analytes to extraordinary sensitivities. Herein we review recent and instructive examples of conditional synthesis or release of compounds for in cellulo protein interference and intracellular nucleic acid imaging.

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DNA‐Templated Synthesis of Trimethine Cyanine Dyes: A Versatile Fluorogenic Reaction for Sensing G‐Quadruplex Formation

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Fluorescent Probes for G‐Quadruplex Structures

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Konsekutive Signalverstärkung für die DNA‐Detektion basierend auf einer De‐novo‐Fluorophorsynthese und Wirt‐Gast‐Chemie

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