ACS Chem. Biol. | 结核分枝杆菌乙酰转移酶Eis抑制剂的结构导向优化

      大家好,今天为大家分享一篇发表在ACS Chemical Biology上的文章,通讯作者有两位,分别是来自美国肯塔基大学的Sylvie Garneau-Tsodikova教授和Oleg V. Tsodikov教授,前者的实验室关注细菌耐药性的解决,后者擅长结构生物学与计算相结合。在这篇文章中作者关注了结核分枝杆菌中的增强细胞内生存蛋白(Enhanced intracellular survival (Eis) protein)抑制剂的开发和优化。

ACS Chem. Biol. | 结核分枝杆菌乙酰转移酶Eis抑制剂的结构导向优化

 

对抗结核病的抗生素显著降低了细菌感染的死亡率,但在过去几十年中抗生素的滥用导致了抗生素的耐药性。结核分枝杆菌(Mtb)引起的肺结核2018年一年间就造成了150万人死亡,目前已出现了多种耐药菌。二线抗生素氨基糖苷卡那霉素(KAN)被用来治疗多种耐药结核病,但抗KAN的耐药菌也已经出现并广泛传播。肺结核患者抗KAN的一个重要机制是由于乙酰转移酶增强细胞内生存蛋白(Eis)使KAN上的氨基糖苷乙酰化。由于Eis的底物种类非常广泛,因此设计氨基糖苷类似物的方法行不通。因此作者团队希望开发可以直接抑制Eis的小分子抑制剂。

 

ACS Chem. Biol. | 结核分枝杆菌乙酰转移酶Eis抑制剂的结构导向优化

 

为了确定潜在的Eis抑制剂,作者使用了23000多个小分子对Eis酶活的抑制效果进行了高通量筛选,并得到了一种全新的具有噻吩嘧啶部分的化合物2i,这类结构在之前没有被发现过,体外实验也验证了其强大的抑制效果。然而小分子库中其他具有噻吩嘧啶结构的70个其他分子却没有被筛选有效,因此作者认为可以从中获得进一步优化结构的灵感。为了指导进一步的分子结构优化,作者分别测定了化合物2i和其他无效抑制剂与Eis的晶体结构。

 

ACS Chem. Biol. | 结核分枝杆菌乙酰转移酶Eis抑制剂的结构导向优化

 

通过对比不同化合物与Eis的结合,作者发现,化合物A环上的无取代基或非极性取代基有利于A环与结合囊的疏水壁结合,而C环上的大取代基和N原子有助于与Eis的C端羧基形成盐桥,含硫环B环保证分子与Eis的相互作用。

                                               

基于上述分析,作者对候选抑制剂进行了设计和合成,作者分别从以下角度进行了设计:A环上不同的疏水性修饰,例如甲基、乙基、苯环等;C环上N原子的位置、linker长度、有无酰胺键等,最终合成了72个分子。通过进一步的酶活和结构表征,筛选出了具有不错抑制效果的化合物1c和2c,但进一步的细胞毒性实验还有待完成。

 

                                               

综上所述作者通过高通量筛选的方法筛选到了噻吩嘧啶结构的抑制剂2i,并通过晶体结构分析了不同官能团的作用,以此为依据对抑制剂结构进行了改进,有望开发出新型的针对结核分枝杆菌的抗生素药物。

 

本文作者:LYP

原文链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acschembio.0c00184

原文引用:DOI:10.1021/acschembio.0c00184