Strukturbasiertes Design von Wirkstoffen gegen humanpathogene Parasiten aus der Ordnung Trypanosomatida
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Einzellige Parasiten aus den Gattungen Trypanosoma und Leishmania verursachen in tropischen und subtropischen Regionen besonders bei sozial benachteiligten Bevölkerungsgruppen schwerwiegende Infektionskrankheiten, die von der WHO als „vernachlässigte tropische Erkrankungen“ bezeichnet werden. Die wenigen Arzneimittel gegen diese Infektionen weisen gravierende Nachteile auf, weshalb dringend neue Wirkstoffe benötigt werden. Solche innovativen Substanzen sollten an neuartigen biologischen Zielstrukturen angreifen, um Kreuzresistenzen zu bisher zugelassenen Arzneistoffen zu vermeiden. In diesem Projekt ging es um die Suche nach potenziellen Hemmstoffen der Trypanothionsynthetase (TryS). Dieses Enzym kommt nur in den oben erwähnten Parasiten vor, nicht jedoch im Menschen. Verbindungen aus der Stoffklasse der Paullone (Leitstuktur Mol2008) hemmen sowohl das Enzym TryS als auch die Vermehrung von Leishmanien und Trypanosomen. Allerdings sind Paullone wegen schlechter Wasserlöslichkeit nicht gut als Arzneistoffe geeignet. Im Rahmen des Vorhabens wurden auf der Basis computerchemischer Vorhersagen durch Verkleinerung des Paullon-Grundgerüstes potentiell antiparasitäre Wirkstoffe mit verbesserter Löslichkeit entworfen. Zahlreiche solcher Substanzen wurden synthetisiert und biologisch evaluiert. Zudem wurden zur Identifizierung möglicher zusätzlicher Zielstrukturen in den Parasitenzellen immobilisierbare sowie fluoreszierende Paullonderivate synthetisiert und charakterisiert. Paullone bestehen aus einer Kombination eines Benzazepinon- mit einem Indolstrukturelement. Es stellte sich heraus, dass bei Entfernung oder Ersatz der Indolstruktur sowohl die Hemmung des Enzyms TryS als auch die antiparasitäre Wirkung verloren gehen. Im Gegensatz dazu zeigten einige Verbindungen, bei denen die Benzazepinonstruktur formal aufgeschnitten wurde und der Indolring erhalten blieb, deutliche antiparasitäre Aktivität im mikromolaren Konzentrationsbereich. Da diese Substanzen sowohl eine bessere Selektivität gegenüber Wirtszellen und eine bessere Wasserlöslichkeit aufwiesen, sind sie als Fortschritt im Vergleich zur Leitstruktur Mol2008 aufzufassen. Überraschend war die Erkenntnis, dass die erwähnten antiparasitären Indolderivate die biologische Zielstruktur TryS nicht hemmen, also offenbar an einer anderen Stelle in der Parasitenzelle angreifen. Zudem wurde im Verlauf des Vorhabens deutlich, dass die ursprünglich angenommene Struktur der molekularen Wechselwirkung zwischen Paullonen und der Zielstruktur TryS revidiert werden musste. Mit Konjugaten aus Paullonen und fluoreszierenden Molekülbestandteilen wurde gezeigt, dass Paullone von Parasiten der Spezies Trypanosoma b. brucei aufgenommen werden und sich in granularen Strukturen im Zytosol in der Nähe des Zellkerns anlagern. Die im Rahmen des Vorhabens gewonnenen Erkenntnisse liefern wichtige Anhaltspunkte für zukünftige Projekte, die auf die Entwicklung neuartiger antitrypanosomaler und antileishmanieller Wirkstoffe zielen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Trypanothione synthetase confers growth, survival advantage and resistance to anti-protozoal drugs in Trypanosoma cruzi. Free Radical Biology and Medicine, 130, 23-34.
Mesías, Andrea C.; Sasoni, Natalia; Arias, Diego G.; Pérez, Brandán Cecilia; Orban, Oliver C.F.; Kunick, Conrad; Robello, Carlos; Comini, Marcelo A.; Garg, Nisha J. & Zago, M. Paola
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Mechanistic and biological characterisation of novelN5-substituted paullones targeting the biosynthesis of trypanothione inLeishmania. Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry, 35(1), 1345-1358.
Medeiros, Andrea; Benítez, Diego; Korn, Ricarda S.; Ferreira, Vinicius C.; Barrera, Exequiel; Carrión, Federico; Pritsch, Otto; Pantano, Sergio; Kunick, Conrad; de Oliveira Camila, I.; Orban, Oliver C. F. & Comini, Marcelo A.
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(E)-5-(Methoxyimino)-1,3,4,5-tetrahydro-2H-benzo[b]azepin-2-one. Molbank, 2021(4), M1293.
Ihnatenko, Irina; Jones, Peter G. & Kunick, Conrad
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Combatting neglected tropical diseases using a molecular downsizing Method: Discovery of antiprotozoal 5- bromoindolylbisamides. Poster, Frontiers in Medicinal Chemistry, virtual meeting, 09.03.2021.
Jens Lindhof, Irina Ihnatenko, Marco J. Müller, Estefanía Dibello, Cecilia Ortíz, Diego Benítez, Marcelo Comini & Conrad Kunick
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Intracellular localization of fluorescent derivatives of antitrypanosomal paullones. Postervortrag, DPhG-Doktorandentagung, virtual meeting, 11.-12.03.2021, 2021.
Marco J. Müller, Estefanía Dibello, Cecilia Ortíz Diego Benitez, Irina Ihnatenko, Marcelo Comini & Conrad Kunick
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Shedding light on Paullones: Fluorescent Derivatives of Antitrypanosomal Paullones. Poster, EFMC-ISMC/YMCS 2022 Conference, Nizza, 2022.
Marco J. Müller, Irina Ihnatenko, Jens C. Lindhof, Marta Bogacz, Natalia Oddone, Diego Benítez, Estefanía Dibello, Oliver C. F. Orban, Marcelo A. Comini, Ute A. Hellmich & Conrad Kunick
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Structural exploration of polycyclic paullones leads to simplified antitrypanosomal indolylamides. Poster, ACS Fall Meeting 2022, Chicago, 2022.
Jens C. Lindhof, Irina Ihnatenko, Marco J. Müller, Oliver C. F. Orban, Estefanía Dibello, Cecilia Ortíz, Diego Benítez, Marcelo A. Comini & Conrad Kunick
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Discovery of Antitrypanosomal Indolylacetamides by a Deconstruction–Optimization Strategy Applied to Paullones. ChemMedChem, 18(10).
Lindhof, Jens C.; Ihnatenko, Irina; Müller, Marco J.; Orban, Oliver C. F.; Ortíz, Cecilia; Benítez, Diego; Dibello, Estefanía; Seidl, Leonardo L.; Comini, Marcelo A. & Kunick, Conrad
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Garbage in, garbage out: how reliable training data improved a virtual screening approach against SARS-CoV-2 MPro. Frontiers in Pharmacology, 14.
Ruatta, Santiago M.; Prada, Gori Denis N.; Fló, Díaz Martín; Lorenzelli, Franca; Perelmuter, Karen; Alberca, Lucas N.; Bellera, Carolina L.; Medeiros, Andrea; López, Gloria V.; Ingold, Mariana; Porcal, Williams; Dibello, Estefanía; Ihnatenko, Irina; Kunick, Conrad; Incerti, Marcelo; Luzardo, Martín; Colobbio, Maximiliano; Ramos, Juan Carlos; Manta, Eduardo ... & Comini, Marcelo A.
