Development of Novel Fluorene-Containing HCV NS5A Inhibitors and Synthesis of New AIE-Based Organic Fluorophores for Bioimaging

Abstract

이 박사학위논문은 크게 C형간염 NS5A 저해제 개발과 새로운 유기 형광체 발굴에 관한 내용으로 나누어진다. 우선 C형간염 바이러스의 NS5A 단백질을 저해하는 효능을 지닌 여러 화합물을 발굴하는 과정을 서술한다. 새로운 저해제의 중심 골격으로 플루오렌으로 선택하였고 두번째 장에서는 그 중 9번 위치가 치환된 여러 2,7-다이아미노플루오렌 치환체들의 유전 독성 여부를 알아보았다. 그 결과 9,9-다이부틸-2,7-다이아미노플루오렌을 새로운 C형간염 NS5A 저해제의 중심 구조로 선택하였다. 세번째 장에서는 일련의 화합물들을 합성하여 생체 외 및 생체 내 검사를 통해 항바이러스성 활성을 가지고 있는지 여부를 조사하였다. 우리는 III-10b 화합물이 L31V, Y93H 돌연변이 뿐 아니라 동시에 둘의 돌연변이가 같이 일어난 NS5A 단백질에 대해서도 아주 훌륭한 저해 활성을 보임을 보고하였다. 다음으로는 생체영상화에 사용하기 위한 새로운 유기형광체의 설계 및 합성에 관하여 다룬다. 네번째 장에서는 근적외선 형광체인 DVM-1에 대하여 소개하고 있다. DVM-1은 물이나 완충액 등에서는 형광을 내지 않으므로 생체영상화에 사용하기 위해서 양쪽성 고분자를 이용, 마이셀 구조(DVM-1L)를 형성하였다. 이렇게 합성된 물질은 물에서 높은 용해도 및 근적외선 영역에서의 형광을 나타내었고 세포 기질 내에서 밝은 형광 신호를 보여주었다. 다섯번째 장에서는 기존의 전자주개-받개 형광체와 응집유도발광 기반의 형광체가 sp3 결합으로 연결된 새로운 형광체에 대해 다루었다. 새롭게 합성된 형광체들은 기존의 전자주개-받개 형광체와 유사한 광학적 특성을 보이는데 이는 HOMO와 LUMO 구조가 전자주개-받개 형광체에 의해서 결정되기 때문이다. 여섯번째 장에서는 응집유도발광 현상을 이용한 ATP를 탐지하는 형광탐침자에 대해 서술하고 있다. 새로운 형광체는 응집유도발광 성질을 지닌 TPE 물질에 ATP와의 선택적인 정전기적 인력을 이용하기 위해서 3개의 아민기를 도입하여 설계, 합성되었다. AAP-1이라 명명한 형광체는 암세포나 심지어 배아줄기세포 내에서도 ATP의 영상화에 성공적으로 이용되었다.

This dissertation describes our research results in two parts: I) approaches to the development of HCV NS5A inhibitors, and II) efforts to discover new organic fluorophores. The first part delineates our efforts to develop a series of potent compounds inhibiting HCV NS5A. In Chapter II, we examined the mutagenicity of 9-substituted 2,7-diaminofluorene and diaminocarbazole derivatives to circumvent genotoxicity problem during our recent drug development program. Among 28 derivatives examined, 9,9-dibutyl-9H-fluorene-2,7-diamine was chosen as the most suitable core structure of the new HCV NS5A inhibitors. In Chapter III, we describe the synthesis of a series of compounds and evaluation of antiviral activity via various in vitro and in vivo assays. We found that compound III-10b exhibits excellent inhibitory activity toward the mutated NS5A strains such as those containing L31V, Y93H and even L31V+Y93H. The second part discusses our approaches toward the design of new fluorophores for novel bioimaging studies. In Chapter IV, our efforts to design the new NIR fluorophore, DVM-1, are reported. Because DVM-1 showed no emission in aqueous media, an encapsulated form (DVM-1L) was made for application to bioimaging. DVM-1L showed good water solubility and strong emission peak was recorded at the NIR region. In addition, it exhibited bright fluorescence signal within the cytosol of cells. In Chapter V, our studies are described on the articulated structure of D-A type dipolar dye with AIEgen. Fluorophores (DA-AIE-M and DA-AIE-D) linked between D-A type dipolar dye and an AIEgen via sp3 bond were synthesized. Their photophysical properties were characterized by the D-A type fluorophore, because HOMO and LUMO structures were dictated by the D-A type dipolar dye. In Chapter VI, our efforts to develop AIE-based ATP sensing probe are described. TPE-TA was designed based on AIEgen (TPE) and triamine moiety because the triamine moiety can bind triphosphate group selectively. Contrary to our expectation, TPE-TA existed as an aggregated form (AAP-1) in aqueous media and AAP-1 was applied successfully to the sensing and imaging of ATP in biological media and even in cancer cells and human embryonic stem cells.