생체분자란 생물체를 구성하고 그 안에서 기능을 담당하는 분자로, 대부분은 유기분자이며 미량의 금속과 비금속 원소를 포함하고 있다. 이들은 외부의 자극이나 질병에 의해 발현 정도가 조절되기 때문에, 특정 생체분자의 경우 질병의 바이오마커로써 활용되고 있다. 이와 같은 분자 수준의 생화학적 변화를 시각적으로 관찰하기 위하여, 다양한 종류의 분자영상프로브의 개발이 지속해서 요구되었다. 본 학위논문에서는 구조 다양성을 활용한 방법 및 특정 ...
생체분자란 생물체를 구성하고 그 안에서 기능을 담당하는 분자로, 대부분은 유기분자이며 미량의 금속과 비금속 원소를 포함하고 있다. 이들은 외부의 자극이나 질병에 의해 발현 정도가 조절되기 때문에, 특정 생체분자의 경우 질병의 바이오마커로써 활용되고 있다. 이와 같은 분자 수준의 생화학적 변화를 시각적으로 관찰하기 위하여, 다양한 종류의 분자영상프로브의 개발이 지속해서 요구되었다. 본 학위논문에서는 구조 다양성을 활용한 방법 및 특정 작용기를 형광단에 접합시키는 방법을 통하여, 세포 내의 표적 생체분자를 선택적으로 표지하는 신규 형광프로브를 개발하는 연구를 다루고자 한다. 본 연구는 광가교성을 갖는 신규 형광단을 개발하는 일과 특정 생체분자와 결합하는 신규 프로브를 발굴하는 일로 나누어진다. 먼저 광가교성은 자외선에 의해 반응성을 갖는 프로브가 인접한 생체분자와 결합하는 성질이다. 형광단 내에 이러한 성질을 내재시킴으로써, 분자체의 크기가 거의 변하지 않은 채로 광가교성이 추가된 형광단을 개발할 수 있었다. 또한 널리 사용되고 있으나 광가교성이 밝혀지지 않은 형광단에 광가교성이 내재하여 있음을 밝혔다. 다음으로는 다양한 생체분자에 대한 프로브 발굴에 관해 기술하고자 한다. 세부 내용은 프로브의 개발, 메커니즘 규명, 프로브의 응용의 순으로 전개된다. 프로브의 디자인은 구조 다양성을 활용하는 방법 및 작용기를 접합하는 방식으로 진행되었다. 각각의 프로브는 프로게스테론, 초산화물, 팔라듐(II) 이온, N-끝단 시스테인에 특이적으로 반응하였다. 분광기, 질량분석, 전자현미경 등을 통하여 메커니즘을 규명하였으며, 임산부의 혈액 및 조류인플루엔자 바이러스에 감염된 세포 등에서 활용성을 보였다. 위 연구 결과들은 분자영상 및 단백질 프로파일링에 있어서 선택할 수 있는 도구의 범위를 넓히고자 수행되었다. 특히 스테로이드와 같이 매우 흡사한 구조를 가지면서 전혀 다른 일을 수행하는 분자체에 대해 선택성을 갖는 프로브를 발굴하였고, 새로운 표적 프로브를 발굴하고 분석하는 기법에 대한 새로운 대안을 제시하였다. 궁극적으로 화학생물학 연구를 가속하는데 이바지할 것으로 기대된다.
생체분자란 생물체를 구성하고 그 안에서 기능을 담당하는 분자로, 대부분은 유기분자이며 미량의 금속과 비금속 원소를 포함하고 있다. 이들은 외부의 자극이나 질병에 의해 발현 정도가 조절되기 때문에, 특정 생체분자의 경우 질병의 바이오마커로써 활용되고 있다. 이와 같은 분자 수준의 생화학적 변화를 시각적으로 관찰하기 위하여, 다양한 종류의 분자영상 프로브의 개발이 지속해서 요구되었다. 본 학위논문에서는 구조 다양성을 활용한 방법 및 특정 작용기를 형광단에 접합시키는 방법을 통하여, 세포 내의 표적 생체분자를 선택적으로 표지하는 신규 형광프로브를 개발하는 연구를 다루고자 한다. 본 연구는 광가교성을 갖는 신규 형광단을 개발하는 일과 특정 생체분자와 결합하는 신규 프로브를 발굴하는 일로 나누어진다. 먼저 광가교성은 자외선에 의해 반응성을 갖는 프로브가 인접한 생체분자와 결합하는 성질이다. 형광단 내에 이러한 성질을 내재시킴으로써, 분자체의 크기가 거의 변하지 않은 채로 광가교성이 추가된 형광단을 개발할 수 있었다. 또한 널리 사용되고 있으나 광가교성이 밝혀지지 않은 형광단에 광가교성이 내재하여 있음을 밝혔다. 다음으로는 다양한 생체분자에 대한 프로브 발굴에 관해 기술하고자 한다. 세부 내용은 프로브의 개발, 메커니즘 규명, 프로브의 응용의 순으로 전개된다. 프로브의 디자인은 구조 다양성을 활용하는 방법 및 작용기를 접합하는 방식으로 진행되었다. 각각의 프로브는 프로게스테론, 초산화물, 팔라듐(II) 이온, N-끝단 시스테인에 특이적으로 반응하였다. 분광기, 질량분석, 전자현미경 등을 통하여 메커니즘을 규명하였으며, 임산부의 혈액 및 조류인플루엔자 바이러스에 감염된 세포 등에서 활용성을 보였다. 위 연구 결과들은 분자영상 및 단백질 프로파일링에 있어서 선택할 수 있는 도구의 범위를 넓히고자 수행되었다. 특히 스테로이드와 같이 매우 흡사한 구조를 가지면서 전혀 다른 일을 수행하는 분자체에 대해 선택성을 갖는 프로브를 발굴하였고, 새로운 표적 프로브를 발굴하고 분석하는 기법에 대한 새로운 대안을 제시하였다. 궁극적으로 화학생물학 연구를 가속하는데 이바지할 것으로 기대된다.
Background: Biomolecules are the molecules which construct organism and undertake specific function in organisms. Most of them are consisted of organic molecules with very small amount of metallic or nonmetallic elements. Certain biomolecules are used as biomarkers of disease because their expressio...
Background: Biomolecules are the molecules which construct organism and undertake specific function in organisms. Most of them are consisted of organic molecules with very small amount of metallic or nonmetallic elements. Certain biomolecules are used as biomarkers of disease because their expression levels are regulated by external stimuli or diseases. In order to visualize such biochemical changes at the molecular level, development of various kinds of molecular imaging probes has been continuously demanded. This thesis focuses on the development of novel fluorescent probes that selectively label target biomolecules in cells, through diversity-oriented synthesis or the conjugation with specific functional groups to fluorophores. Method: This work is divided into two tasks: the development of new fluorophores with photocrosslinking and the discovery of new probes that bind to specific biomolecules. First, photocrosslinking property makes the probe bind to adjacent biomolecules under ultraviolet light. We developed novel photocrosslinking fluorophore derived by known fluorophore. Next, we synthesized novel probes for various biomolecules. The details proceed in the order of probe development, mechanism identification, and probe application. The design of the probes utilized diversity-oriented approach or conjugation with the known functional groups. Result: First, photocrosslinker which inheres in the probes were accomplished without changing the size of the probe. Also, we firstly revealed that the simple probe which is widely used for Excited state intramolecular proton transfer (ESIPT) has photocrosslinking property. Next, we developed probes which specialized to progesterone, superoxide, palladium (II) ion and N-terminal cysteine, respectively. The mechanisms were identified through spectroscopy, mass spectrometry, and electron microscopy. Plasma from pregnant and the cells infected by avian influenza viruses was used for application. Conclusion: The results of our studies were performed to broaden the choice of tools available for molecular imaging and protein profiling in chemical biology. In particular, we discovered the fluorescent probe among steroid which have very similar structures but performs entirely different task. Also, new alternative ways to discover and analyze new probes were reported. Ultimately, we expect our research will contribute to accelerating chemical biology research.
Background: Biomolecules are the molecules which construct organism and undertake specific function in organisms. Most of them are consisted of organic molecules with very small amount of metallic or nonmetallic elements. Certain biomolecules are used as biomarkers of disease because their expression levels are regulated by external stimuli or diseases. In order to visualize such biochemical changes at the molecular level, development of various kinds of molecular imaging probes has been continuously demanded. This thesis focuses on the development of novel fluorescent probes that selectively label target biomolecules in cells, through diversity-oriented synthesis or the conjugation with specific functional groups to fluorophores. Method: This work is divided into two tasks: the development of new fluorophores with photocrosslinking and the discovery of new probes that bind to specific biomolecules. First, photocrosslinking property makes the probe bind to adjacent biomolecules under ultraviolet light. We developed novel photocrosslinking fluorophore derived by known fluorophore. Next, we synthesized novel probes for various biomolecules. The details proceed in the order of probe development, mechanism identification, and probe application. The design of the probes utilized diversity-oriented approach or conjugation with the known functional groups. Result: First, photocrosslinker which inheres in the probes were accomplished without changing the size of the probe. Also, we firstly revealed that the simple probe which is widely used for Excited state intramolecular proton transfer (ESIPT) has photocrosslinking property. Next, we developed probes which specialized to progesterone, superoxide, palladium (II) ion and N-terminal cysteine, respectively. The mechanisms were identified through spectroscopy, mass spectrometry, and electron microscopy. Plasma from pregnant and the cells infected by avian influenza viruses was used for application. Conclusion: The results of our studies were performed to broaden the choice of tools available for molecular imaging and protein profiling in chemical biology. In particular, we discovered the fluorescent probe among steroid which have very similar structures but performs entirely different task. Also, new alternative ways to discover and analyze new probes were reported. Ultimately, we expect our research will contribute to accelerating chemical biology research.
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