Evaluation of new 2-aminopurine derivatives as fluorescent probes for DNA studies

Abstract

Fluorescent nucleobases are critical for the understanding of the structural dynamics and functions of DNA and RNA. 2-aminopurine is a well-known fluorescent nucleobase, with many useful properties, like its high quantum yield, its ability to be introduced in DNA and be used as a guanine mimic, but with several restrictions, like its strong loss of fluorescence from quenching and disturbance it causes when introduced in DNA. Seven new 2-aminopurine derivatives with promising fluorescence properties were tested for toxicity and cellular integration in Escherichia coli and Schizosaccharomyces pombe (wild type and a mutant affected in chk1-), with liquid cell cultures growing in minimal media in the presence of said derivatives. Several derivatives caused a decrease of culture growth, one in E.coli and four in S.pombe, which is correlated with the size of the substituents, with the larger ones having more effect. Accumulation of two of the smaller derivatives in S.pombe cells was observed by detecting their own fluorescence inside the cells’ vacuoles, further showing the derivatives interactivity with the cells. The mechanisms of these derivatives integration and toxicity are not known, but due to their accumulation in the cells, coupled with their fluorescence, and the fact that they exhibit toxicity shows that there is sufficient potential in these compounds in applications in vacuole and lysosome studies.

As nucleobases fluorescentes são críticas para a compreensão das dinâmicas da estrutura e funções do DNA e RNA. A 2-aminopurina é uma nucleobase fluorescente bem conhecida, com muitas propriedades úteis, como o seu alto rendimento quântico, a sua capacidade de ser introduzida no DNA e de ser usada como mimetizador de guanina, mas possuí várias restrições, como a sua forte perda de fluorescência por “quenching” e perturbações que causa quando introduzida em DNA. Sete novos derivados de 2-aminopurina com propriedades de fluorescência promissoras foram testados quanto à sua toxicidade e integração celular em Escherichia coli e Schizosaccharomyces pombe (estirpe selvagem e a mutante afetada em chk1-), com culturas de células líquidas crescendo em meio mínimo na presença dos derivados. Vários derivados causaram uma diminuição nas taxas de crescimento de culturas expostas a eles, um em E. coli e quatro em S.pombe, estando correlacionada com o tamanho dos radicais, com efeito maior com o seu tamanho. A acumulação de dois dos derivados menores nas células de S. pombe foi observado pela detecção da sua própria fluorescência dentro dos vacúolos das células, mostrando ainda que os derivados interagem com as células. Os mecanismos de integração e toxicidade desses derivados não são conhecidos, mas devido à sua acumulação nas células, à sua fluorescência, e o facto de apresentarem toxicidade mostra que há potencial suficiente nestes compostos em aplicações em estudos de vacúolos e lisossomas.