Russian Journal of Bioorganic ChemistryRussian Journal of Bioorganic ChemistryБиоорганическая химия0132-34231998-2860The Russian Academy of Sciences68309610.31857/S0132342325010053LZSEUQArticlesСтатьиResearch ArticleSpectral-luminescent properties of products of interaction of polyfluorinated containing a pyrazoline fragment pyrylium dyes with bovine serum albumin and amino acidsСпектрально-люминесцентные свойства продуктов взаимодействия полифторированных пиразолинсодержащих пирилиевых красителей с бычьим сывороточным альбумином и аминокислотамиShelkovnikovV. V.ШелковниковВ. В.
Russian Federation
vice@nioch.nsc.ruDoroshenkoD. D.ДорошенкоД. Д.
Russian Federation
vice@nioch.nsc.ruKargapolovaI. Yu.КаргаполоваИ. Ю.
Russian Federation
vice@nioch.nsc.ruKozlakovP. A.КозлаковП. А.
Russian Federation
vice@nioch.nsc.ruShestakovN. A.ШестаковН. А.
Russian Federation
vice@nioch.nsc.ruSotnikovaYu. S.СотниковаЮ. С.
Russian Federation
vice@nioch.nsc.ruNovosibirsk Institute of Organic Chemistry, Siberian Branch, Russian Academy of SciencesНовосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАНNovosibirsk State Technical UniversityНовосибирский государственный технический университет15022025511516405062025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0132-3423/article/view/683096

Studies of reaction ability fluorescent dyes for the production of labeled proteins and amino acids are important for the fields of bioengineering and biomedicine, in particular for obtaining bioimages for the purpose of cell visualization, studying the structure of labeled proteins by biophysical methods. Pyrylium dyes are able to interact with amino groups of proteins to form luminescent products, which allows them to be used in the field of proteomics. It is interesting to study the conjugation pyrylium dyes, containing both polyfluorinated fragment responsible to increased lipophilicity at proteins conjugation and pyrazoline fragment demonstrating anticancer activity. Pyrylium dyes containing a pyrazoline fragment and dialkylamino substituents (piperidino-, dibutylamino-, 4-hydroxypiperidino-) in a polyfluorinated aromatic ring in the donor part were synthesized by Knoevenagel condensation reaction. The reaction of pyrylium dyes with compounds containing a primary amino group was carried out to obtain a pyridinium dyes by the ANRORC mechanism (Addition of Nucleophiles, Ring Opening and Ring Closure). The ability of pyrуlium dyes to react with bovine serum albumin (BSA) and amino acids such as Lys, Arg, Cys, Phe to form pyridinium luminophore was shown. The spectral-luminescent properties of the resulting luminophores were investigated. The product of the reaction of pyrуlium dye (Е)-2,6-dimethyl-4-(4-{3-phenyl-5-[2,3,5,6-tetrafluorо-4-(piperidine-1-yl)phenyl]-4,5-dihydro-1Н-pуrazole-1-yl}-styryl)pyrylium tetrafluoroborate with Lys was isolated and its structure was confirmed by NMR spectroscopy. The binding site of pyrylium dyes with BSA – e-amino group of Lys was determined. Along with pyridinium luminophores, in aqueous solutions hydrolysis products are formed that are not bonded with protein and absorb in the short-wavelength region. The calculated amount of luminophore bound to BSA is two molecules of pyrylium dye per one molecule of BSA. The synthesized pyrylium dyes react with BSA in the mixture of phosphate buffer with methanol (pH 7.4) 3–4 orders of magnitude faster than the well-known julolidine dye Py-1. The relative reaction rates of (Е)-2,6-dimethyl-4-(4-{3-phenyl-5-[2,3,5,6-tetrafluorо-4-(4-hydroxypiperidine-1-yl)phenyl]-4,5-dihydro-1Н-pуrazole-1-yl}styryl) pyrуlium tetrafluoroborate with amino acids were determined as Lys > Cys >> Phe ≥ Arg. The obtained polyfluoro pyrylium-pyrazolinium dyes have the application perspective in the field of bioimaging, proteomic and biomedicine, due to high conjunction rate and efficiency with BSA and amino acids.

Синтезированы и охарактеризованы пирилоцианиновые красители, содержащие в донорной части пиразолиновый фрагмент и диалкиламино-заместители (пиперидино-, дибутиламино-, 4-гидроксипиперидино-) в полифторированном ароматическом кольце. Показана способность пирилиевых красителей реагировать с бычьим сывороточным альбумином (BSA) и аминокислотами, такими как Lys, Arg, Cys, Phe, с образованием пиридоцианинового люминофора. Исследованы спектрально-люминесцентные свойства образующихся люминофоров. Выделен продукт реакции тетрафторбората (Е)-2,6-диметил-4-(4-{3-фенил-5-[2,3,5,6-тетрафтор-4-(пиперидин-1-ил)фенил]-4,5-дигидро-1Н-пиразол-1-ил}-стирил)пирилия с Lys, его структура подтверждена методом ЯМР и данными элементного анализа. Определено вероятное место связывания синтезированных пирилиевых красителей c BSA – это ε-аминогруппа аминокислотного остатка Lys. Рассчитано, что количество связанного с BSA люминофора составляет две молекулы пирилиевого красителя на одну молекулу BSA. Синтезированные пирилиевые красители реагируют с BSA в смеси фосфатного буфера с метанолом (рН 7.4) на 3–4 порядка быстрее, чем известный юлолидиновый краситель Py-1. Определены относительные скорости реакции тетрафторборатa (Е)-2,6-диметил-4-(4-{3-фенил-5-[2,3,5,6-тетрафтор-4-(4-гидроксипиперидин-1-ил)фенил]-4,5-дигидро-1Н-пиразол-1-ил}стирил)пирилия с аминокислотами: Lys > Cys >> Phe ≥ Arg

polyfluorinated pyrylium/pyridocyanine dyessynthesisamino acidsBSAspectral luminescent propertiesreactivityполифторированные пирилоцианиновые/пиридоцианиновые красителисинтезаминокислотыBSAспектрально-люминесцентные свойствареакционная способностьГосзадание НИОХ СО РАНState assignment of the Research Institute of Organic Chemistry SB RAS0238-2021-0006Госзадание НИОХ СО РАНState assignment of the Research Institute of Organic Chemistry SB RAS1220 4040 0029-2Госзадание НИОХ СО РАНState assignment of the Research Institute of Organic Chemistry SB RASFWUE-2025-0007Roura S., Gálvez-Montón C., Bayes-Genis A. // J. Сell Mol. Med. 2013. V. 17. P. 693–703. https://doi.org/10.1111/jcmm.12018Richter J.R., Kasten B.B., Zinn K.R. // Adenoviral Vectors for Gene Therapy (2nd Edn). Academic Press, 2016. P. 767–802. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800276-6.00031-0Akkoul S., Ledee R., Leconge R., Leger C., Harba R., Pesnel S., Lerondel S., Lepape A., Vilcahuaman L. // Image and Signal Processing – 3rd Internation Conference. Cherbourg–Octeville, France, 2008. P. 163–172. https://doi.org/10.1007/978-3-540-69905-7Pletneva N.V., Goryacheva E.A., Artemyev I.V., Arkhipova S.F., Pletnev V.Z. // Russ. J. Bioorg. Chem. 2020. V. 46. P. 498–505. https://doi.org/10.1134/S1068162020040160Zhu S., Zhang J., Janjanam J., Bi J., Vegesna G., Tiwari A., Luo F., Wei J., Liu H. // Anal. Chim. Acta. 2013. V. 758. P. 138–144. https://doi.org/10.1016/j.aca.2012.10.026Donuru V.R., Zhu S., Green S., Liu H. // Polymer. 2010. V. 51. P. 5359–5368. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2010.09.029Ксенофонтова К.В., Ксенофонтов А.А., Ходов И.А., Румянцев Е.В. // Изв. вузов. Сер. Химия и хим. технология. 2020. Т. 63. С. 4–11. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20206305.6101Hötzer B., Medintz Hildebrandt N. // Small. 2012. V. 8. P. 2297–2326. https://doi.org/10.1002/smll.201200109Sokolov A.I. Myasnenko I.N., Baleeva N.S., Baranov M.S. // Russ. J. Bioorg. Chem. 2021. V. 47. P. 334–337. https://doi.org/10.1134/S1068162021010234Matvienko I.V., Bayramov V.M., Parygina N.A., Kurochkin V.E., Alekseev Ya.I. // Russ. J. Bioorg. Chem. 2020. V. 46. P. 349–359. https://doi.org/10.1134/S1068162020030127Krueger A.T., Imperiali B. // ChemBioChem. 2013. V. 14. P. 788–799. https://doi.org/10.1002/cbic.201300079Ding B., Xiao Y., Zhou H., Zhang X., Qu C., Xu F., Deng Z., Cheng Z., Hong X. // J. Med. Chem. 2019. V. 62. P. 20492059. https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.8b01682Beltran A., Burguete M.I., Luis S.V., Galindo F. // Eur. J. Org. Chem. 2017. V. 2017. P. 4864–4870. https://doi.org/10.1002/ejoc.201700815Bayer M., Koenig S. // Electrophoresis. 2016. V. 37. P. 2953–2958. https://doi.org/10.1002/elps.201600318Romieu A., Richard J.-A. // Tetrahedron Lett. 2016. V. 57. P. 317–320. https://doi.org/10.1016/j.tetlet.2015.12.010Kolchina E.F., Shelkovnikov V.V. // Russ. J. Org. Chem. 2015. V. 51. P. 1398–1403. https://doi.org/10.1134/S1070428015100073Шелковников В.В., Каргаполова И.Ю., Коротаев С.В., Орлова Н.А., Чуйков И.П., Надолинный В.А. // Изв. АН. Сер. хим. 2014. № 3. C. 635–641. https://doi.org/10.1007/s11172-014-0485-yWetzl B.K., Yarmoluk S.M., Craig D.B., Wolfbeis O.S. // Angew. Chem. 2004. V. 43. P. 5400–5402. https://doi.org/10.1002/anie.200460508Katritzky A.R., Mokrosz J.L., De Rosa M. // J. Chem. Soc. 1984. № 5. P. 849–855.Azab H.A., El-Korashy S.A., Anwar Z.M., Khairy G.M., Duerkop A. // Chemistry. 2012. V. 243. P. 41–46. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2012.05.029Чубаков В.П., Чубаков П.А., Плеханов А.И., Орлова Н.А., Каргаполова И.Ю., Шелковников В.В. // Рос. нанотехнологии. 2016. Т. 11. № 7–8. С. 30–34. https://doi.org/10.1134/S1995078016040054Sapozhnikova K.A., Gulyak E.L., Misyurin V.A., Simonova M.A., Ryabukhina E.V., Alexeeva A.V., Tikhonova N.A., Lyzhko N.A., Popova G.P., Misyurin A.V., Ustinov A.V., Korshun V.A., Alferova V.A., Ryazantsev D.Y., Brylev V.A. // Molecules. 2023. V. 28. Р. 425. https://doi.org/10.3390/molecules28010425Thayer A.M. // Chem. Eng. News. 2006. V. 84. № 23. P. 15–24.Menaa F., Menaa B., Sharts O.N. // J. Mol. Pharm. Org. Process. 2013. V. 1. P. 1–6. https://doi.org/10.4172/2329-9053.1000104Носова Э.В., Липунова Г.Н., Чарушин В.Н. // Усп. химии. 2009. Т. 78. № 5. С. 421–441. https://doi.org/10.1070/RC2009v078n05ABEH004049Casa S., Henary M. // Molecules. 2021. V. 26. Р. 1160. https://doi.org/10.3390/molecules26041160Moseev T.D., Varaksin M.V., Virlova E.A., Medvedeva M.V., Svalova T.S., Melekhin V.V., Tsmokaluk A.N., Kozitsina A.N., Charushin V.N., Chupakhin O.N. // Dyes Pigm. 2022. V. 202. P. 110251. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2022.110251Pace C.J., Zheng H., Mylvaganam R., Kim D., Gao J. // Angew. Chem. 2012. V. 51. P. 103–107. https://doi.org/10.1002/ange.201105857Pace C.J., Gao J. // Acc. Chem. Res. 2013. V. 46. P. 907–915. https://doi.org/10.1021/ar300086nHuang Z., Chen X., Wu G., Metrangolo P., Whitaker D., McCune J.A., Scherman O.A. // J. Am. Chem. Soc. 2020. V. 142. P. 7356−7361. https://doi.org/10.1021/jacs.0c02275Matiadis D., Sagnou M. // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. P. 1−38. https://doi.org/10.3390/ijms21155507George R.F., Kandeel M., El-Ansary D.Y., El Kerdawy A.M. // Biochem. J. 2020. V. 9. P. 103780. https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2020.103780Wu P., Nielsen T.E., Clausen M.H. // Trends Pharmacol. Sci. 2015. V. 36. P. 422–439. https://doi.org/10.1016/j.tips.2015.04.005Ahsan M.J., Ali A., Ali A., Thiriveedhi A., Bakht M.A., Yusuf M., Salahuddin, Afzal O., Altamimi A.S.A. // ACS Omega. 2022. V. 7. P. 38207−38245. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c05339Шмуйлович К.С., Орлова Н.А., Карпова Е.В., Шакиров М.М., Шелковников В.В. // Изв. АН. Сер. Хим. 2010. № 7. С. 1378–1382. https://doi.org/10.1007/s11172-010-0255-4Shelkovnikov V.V., Orlova N.A., Kargapolova I.Y., Erin K.D., Maksimov A.M., Chernonosov A.A. // Russ. J. Org. Chem. 2019. V. 55. P. 1504–1517. https://doi.org/10.1134/S1070428019100087Chen M.Z., Moily N.S., Bridgford J.L., Wood R.J., Radwan M., Smith T.A., Song Z., Tang B.Z., Tilley L., Xu X., Reid G.E., Pouladi M.A., Hong Y., Hatters D.M. // Nat. Commun. 2017. V. 8. Р. 474. https://doi.org/10.1038/s41467-017-00203-5Ariyasu S., Hayashi H., Xing B., Chiba S. // Bioconj. Chem. 2017. V. 28. P. 897−902. https://doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.7b00024Weijers R.N. // Clin. Chem. 1977. V. 23. P. 1361–1362. https://doi.org/10.1093/clinchem/23.7.1361Молекулярная биология. Структура и функции белков: Учебник для биол. спец., вузов / Под ред. А.С. Спирина. Издательство: М.: Высшая школа, 1996. 335 с.Zhao P., Huang J.-W., Ji L.-N. // Spectrochimica Acta Part A. 2012. V. 88. P. 130–136. https://doi.org/10.1016/j.saa.2011.12.017Спицын А.Н., Уткин Д.В., Киреев М.Н., Овчинникова М.В., Кузнецов О.С., Ерохин П.С., Кочубей В.И. // Опт. и спектр. 2020. Т. 128. С. 430−434. https://doi.org/10.21883/OS.2020.03.49071.76-19Борзова В.А. // Механизмы защитного действия шаперонов при агрегации белков. Дисс. канд. биол. наук, Институт биохимии им. А.Н. Баха. Москва, 2016.Azim-Zadeh O., Hillebrecht A., Linne U., Marahiel M.A., Klebe G., Lingelbach K., Nyalwidhe J. // J. Biol. Chem. 2007. V. 282. P. 21609–21617. https://doi.org/10.1074/jbc.M610921200Anthony-Regnitz C.M., Wilson A.E., Sweazea K.L., Braun E.J. // J. Mol. Evol. 2020. V. 88. P. 653–661. https://doi.org/10.1007/s00239-020-09964-yСемиохин И.А., Страхов Б.В., Осипов А.И. // Кинетика химических реакций: учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ, 1995, 351 с.