Strukturbasierte Entdeckung von Inhibitoren von CYP125 und CYP142 aus Mycobacterium tuberculosis

Tuberkulose (TB) ist eine der tödlichsten Infektionskrankheiten weltweit, die sich wie eine Erkältung in der Luft verbreitet. TB wird durch das Bakterium Mycobacterium tuberculosis (Mtb) verursacht und war im Jahr 2021 für etwa 1,6 Millionen Todesfälle verantwortlich. Mtb greift normalerweise die Lunge an, kann aber jeden Teil des Körpers angreifen.

Arzneimittelresistente TB-Stämme breiten sich aus und geben Anlass zu großer Sorge. Neue Arbeiten und eine Veröffentlichung eines Teams von Wissenschaftlern der Universitäten Manchester, Cambridge und Huddersfield unter Verwendung eines strukturgeleiteten Ansatzes in Kombination mit biophysikalischer Charakterisierung ergaben eine Reihe von Verbindungen mit Aktivität gegen klinisch relevante arzneimittelresistente Isolate. Diese werden die Weiterentwicklung dringend benötigter zusätzlicher Behandlungsoptionen gegen Mtb unterstützen.

Während der Infektion können die TB-Bakterien Lipide (Cholesterin und Fettsäuren) aus dem menschlichen Wirt verwenden, um als Nährstoffe zu wirken, um den Infektionszustand aufrechtzuerhalten und zu fördern. Das Papier der Teams, gerade erschienen in Chemie – Eine europäische Zeitschriftskizziert dieses Gemeinschaftsprojekt und die Ergebnisse ihrer Forschung zu einer Reihe von Enzymen, die an einem Schlüsselschritt beim Abbau des von TB-Bakterien verwendeten Wirtscholesterins beteiligt sind.

Ihre Arbeit mit dem Titel „Structure Based Discovery of Inhibitors of CYP125 and CYP142 from Mycobacterium tuberculosis“ umfasst die Charakterisierung der Enzyme mit dem nationalen Synchrotron des Vereinigten Königreichs, Diamond Light Source-Röntgen-Makromolekularkristallographie-Beamlines, um ihre Strukturen im molekularen Detail zu betrachten.

Die korrespondierende Autorin, Dr. Kirsty McLean, Seniordozentin für Zellbiologie/Biochemie am Department of Biological and Geographical Sciences, University of Huddersfield, erklärte, dass diese Enzymstrukturen verwendet werden, um Inhibitormoleküle zu entwerfen, die an die Enzyme binden und sie daran hindern können, ihre Arbeit zu tun. wesentlich für TB-Infektion.

Die Inhibitormoleküle stammten ursprünglich aus dem Screening einer Bibliothek kleiner chemischer Verbindungen und wurden dann schrittweise aufgebaut und chemisch synthetisiert, um sie so zu gestalten, dass sie sich spezifisch in die Enzymstruktur einfügen. Dieser Prozess kombiniert iterativ das Wissen über die Proteinstruktur und die chemische Synthese, um eine Reihe besserer Inhibitoren zu entwickeln. Die führenden Verbindungen wurden gegen klinisch aktive und arzneimittelresistente Stämme von getestet Mycobacterium tuberculosis und zeigte Anti-TB-Aktivität.

„Unter Verwendung eines strukturgeleiteten Ansatzes, kombiniert mit biophysikalischer Charakterisierung, wurden Verbindungen mit einer In-Zell-Aktivität im mikromolaren Bereich gegen klinisch relevante arzneimittelresistente Isolate erhalten. Diese werden die weitere Entwicklung dringend benötigter zusätzlicher Behandlungsoptionen unterstützen und Wege bieten, um die Rolle zu untersuchen von CYP125 und CYP142 in der Mtb-Pathogenese. Diese Studie sollte die weitere Entwicklung einer alternativen Reihe von Anti-TB-Inhibitoren anregen“, fügt Dr. McLean hinzu.

Dave Hall, wissenschaftlicher Gruppenleiter der Macromolecular Crystallography Group von Diamond, fasst zusammen: „Ein Großteil der Röntgenbeugungsdaten des Teams wurde mithilfe von Tools für den Fernzugriff auf unsere Strahlführungen und neue Schichtmodi gesammelt und verwaltet. Unsere Mitarbeiter haben in verschiedenen Bereichen eng mit der Gruppe zusammengearbeitet unsere Strahlführungen einschließlich I03, I04, I04-1 und I24. Wir freuen uns, dazu beigetragen zu haben, diese wichtige Forschung in die nächste Phase zu bringen.“

Mit dem Aufkommen umfangreicher Arzneimittelresistenzen werden neue Therapeutika dringend benötigt, und es sind weitere Anstrengungen zur Erforschung von Arzneimitteln erforderlich. Vom Wirt stammende Lipide wie Cholesterin unterstützen das Mtb-Wachstum und stehen auch im Verdacht, bei der Immunmodulation zu wirken, mit Verbindungen zu Persistenz und Immunumgehung. Mtb-Cytochrom P450 (CYP)-Enzyme erleichtern Schlüsselschritte im Cholesterin-Katabolismus und stellen somit potenzielle Ziele für die Hemmung dar.

Die Autoren stellen eine Reihe von Verbindungen auf Basis eines Ethyl-5-(pyridin-4-yl)-1H-indol-2-carboxylat-Pharmakophors vor, die stark an beide Mtb-Cholesterinoxidasen CYP125 und CYP142 binden.