Dokument: Functional characterization of new antimicrobial lead structures against Mycobacterium tuberculosis

Titel:	Functional characterization of new antimicrobial lead structures against Mycobacterium tuberculosis
Weiterer Titel:	Funktionelle Charakterisierung neuer antimikrobieller Leitstrukturen gegen Mycobacterium tuberculosis
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=65369
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20240328-104637-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Kiffe-Delf, Anna-Lene Ilse Rosemarie [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 10,88 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 25.03.2024 / geändert 25.03.2024
Beitragende:	Prof. Dr. Kalscheuer, Rainer [Gutachter] Prof. Dr. Kurz, Thomas [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Annually, approx. 1.4 million people die from Mycobacterium tuberculosis, the causative agent of tuberculosis. Therefore, it is one of the most common causes of death worldwide. Drug resistance is a growing problem as the incidence of drug-resistant bacteria increase and nearly no new drug family enters the market. The development of extensive and total drug resistance leaves hardly any treatment options open. Therefore, it is crucial to find new agents with new mechanisms of action against these pathogens. In this context, screening of molecule libraries against M. tuberculosis plays an important role. This study investigates three lead structures in more detail concerning their antimycobacterial activity. The first part of the work deals with the flavonoid-derived substance chlorflavonin (CF), for which an anti-tubercular effect has already been described. Extensive structure-activity relationship (SAR) analyses revealed the similarly active derivative bromflavonin (BrF), which, like CF, shows no cytotoxicity in vitro. Both compounds are characterized by potent inhibition of the catalytic subunit of the acetohydroxy acid synthase IlvB1. Further SAR analyses revealed that many CF derivatives could not hamper the growth of M. tuberculosis, while they strongly inhibited activity of the isolated enzyme IlvB1 in vitro. That indicates that uptake of many derivatives across the mycobacterial cell wall is probably a limiting factor, resulting in very few compounds exhibiting cellular activity. Thus, CF and BrF represent the most promising lead structures suitable for preclinical studies due to their chemical properties and antibacterial potency. The alkoxy amide-based structures KSK-104 and KSK-106 have been identified previously in the research groups of Profs. Kalscheuer and Kurz with potent anti-tubercular activity, no cytotoxicity, and vigorous intracellular activity in infected macrophages (data not published). Enzymes potentially capable of cleaving KSKs were identified with the amidohydrolases AmiC and Rv0552, leading to the hypothesis that the KSKs are prodrugs that need to be hydrolyzed in the bacteria after uptake. A variety of methods demonstrated that the molecules, indeed, are cleaved within the cells. However, other more active substances were found during SAR analysis. One of these molecules, OMK-175, has also been analyzed in more detail and showed good properties similar to the KSKs. With their excellent in vitro characteristics, the KSKs are currently in preclinical testing, which will prove their effectiveness in a relevant animal infection model. Ultimately, FFK-088 is a new thiazole-containing compound with anti-tubercular activity, no cytotoxicity but activity against extensively drug-resistant forms of M. tuberculosis. Further analysis showed a strong synergistic effect with delamanid, ethambutol, and rifampicin. Thus, FFK-088 represents a substance that can be used as a basis for the development of new antitubercular antibiotics. In summary, FFK-088, CF, and the KSKs were found to represent three new structural scaffolds that may provide a basis for curbing the global spread of tuberculosis. Jährlich sterben ca. 1,4 Millionen Menschen an Mycobacterium tuberculosis, dem Erreger der Tuberkulose. Damit ist diese Krankheit eine der häufigsten Todesursachen weltweit. Die Arzneimittelresistenz ist ein wachsendes Problem, da die Zahl der arzneimittelresistenten Bakterien zunimmt und kaum neue Medikamentenfamilien auf den Markt kommen. Die Entwicklung einer umfassenden und vollständigen Arzneimittelresistenz bei den Mykobakterien lässt kaum noch Behandlungsmöglichkeiten offen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, neue Wirkstoffe mit neuen Wirkmechanismen gegen diese Krankheitserreger zu finden. In diesem Zusammenhang spielt das Screening von Molekülbibliotheken gegen M. tuberculosis eine wichtige Rolle. In dieser Studie werden drei Leitstrukturen genauer auf ihre antimykobakterielle Aktivität hin untersucht. Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der von Flavonoiden abgeleiteten Substanz Chlorflavonin (CF), für die bereits eine antituberkulöse Wirkung beschrieben wurde. Umfangreiche Struktur-Aktivitäts-Beziehungsanalysen (SAR) zeigten das ähnlich aktive Derivat Bromflavonin (BrF), das wie CF in vitro keine Zytotoxizität zeigt. Beide Verbindungen zeichnen sich durch eine starke Hemmung der katalytischen Untereinheit der Acetohydroxysäure-Synthase IlvB1 aus. Weitere SAR-Analysen zeigten, dass viele CF-Derivate das Wachstum von M. tuberculosis nicht hemmen konnten, während sie die Aktivität des isolierten Enzyms IlvB1 in vitro stark hemmten. Dies deutet darauf hin, dass die Aufnahme vieler Derivate durch die mykobakterielle Zellwand wahrscheinlich ein begrenzender Faktor ist, was dazu führt, dass nur sehr wenige Verbindungen eine zelluläre Wirkung haben. Somit stellen CF und BrF aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften und ihrer antibakteriellen Wirksamkeit die vielversprechendsten Leitstrukturen für präklinische Studien dar. Die auf Alkoxyamiden basierenden Strukturen KSK-104 und KSK-106 wurden zuvor in den Forschungsgruppen von Professor Kalscheuer und Professor Kurz identifiziert und zeigten starke antituberkulärer Aktivität und keine Zytotoxizität. Enzyme, die potenziell in der Lage sind die KSKs zu spalten, wurden mit den Amidohydrolasen AmiC und Rv0552 identifiziert. Das führte zu der Hypothese, dass es sich bei den KSKs um Prodrugs handelt, die in den Bakterien nach der Aufnahme zunächst hydrolysiert werden müssen. Mit verschiedenen Methoden wurde nachgewiesen, dass die Moleküle tatsächlich in den Zellen gespalten werden. Bei der SAR-Analyse wurden jedoch auch andere, aktivere Substanzen gefunden. Eines dieser Moleküle, OMK-175, wurde ebenfalls eingehender analysiert und zeigte sehr gute, den KSKs ähnliche Eigenschaften. Aufgrund ihrer ausgezeichneten in vitro-Merkmale befinden sich die KSKs derzeit in der präklinischen Testphase, in der ihre Wirksamkeit in einem relevanten Tierinfektionsmodell nachgewiesen werden soll. Abschließend handelt es sich bei FFK-088 um eine neue thiazolhaltige Verbindung mit antituberkulöser Aktivität, die keine Zytotoxizität aufweist, aber gegen arzneimittelresistente Formen von M. tuberculosis wirkt. Weitere Analysen zeigten eine starke synergistische Wirkung mit Delamanid, Ethambutol und Rifampicin. Somit stellt FFK-088 eine Substanz dar, die als Grundlage für die Entwicklung neuer antituberkulöser Antibiotika verwendet werden kann. Zusammenfassend handelt es sich bei FFK-088, CF und den KSKs um drei neue strukturelle Gerüste, die eine Grundlage für die Eindämmung der weltweiten Ausbreitung der Tuberkulose bilden könnten.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Pharmazie » Pharmazeutische Biologie und Biotechnologie
Dokument erstellt am:	28.03.2024
Dateien geändert am:	28.03.2024
Promotionsantrag am:	17.10.2023
Datum der Promotion:	29.01.2024