Načrtovanje, sinteza in vrednotenje novih kovalentnih zaviralcev encimov MurA in penicilin vezočih proteinov

Grabrijan, Katarina (avtor), Gobec, Stanislav (mentor), Hrast, Martina (komentor)

Osredotočili smo se na kovalentne zaviralce encimov, ki sodelujejo v sintezi bakterijskega peptidoglikana. Penicilin vezoči proteini (PBP) sodelujejo v zadnji stopnji sinteze bakterijske celične stene in katalizirajo prečno premreženje peptidoglikana. UDP-N-acetilglukozamin enolpiruvil transferaza (MurA) pa sodeluje v citoplazemskem delu in katalizira prenos enolpiruvata na UDP-N-acetilglukozamin. Pri raziskovalnem delu smo se osredotočili na sintezo novih monocikličnih ß-laktamov kot zaviralcev PBP ter sinteze in biokemijskega vrednotenja knjižnic reaktivnih elektrofilnih spojin kot zaviralecv MurA. Z uporabo Staudingerjeve cikloadicije smo sintetizirali 3-amino-4-substituirane monociklične ß-laktame, ki imajo različne substituente na mestu C4, ftalimidno zaščiteno amino skupino na mestu C3 in zaščiten laktamski dušik. Preizkusili smo različne pogoje priprave monocikličnega ß-laktamskega obroča in se osredotočili na zahtevne metode odstranjevanja zaščite z laktamskega dušika in s 3-amino skupine na mestu C3. Pripravili smo knjižnico cis- monocikličnih ß-laktamov, ki smo jim ovrednotili zaviralno delovanje na encimu PBP1b S. pneumoniae in protibakterijsko delovanje na ESKAPE bakterijah. Pripravljeni ß-laktami imajo IC50 vrednost v nizkem mikromolarnem območju, vendar jih večina nima protibakterijskega delovanja, razen na mutiranih bakterijskih sevih. Njihovo reaktivnost in selektivnost smo ovrednotili z reaktivnostnim testom in v biokemijskih testih z drugimi encimi. Pri delu na MurA smo sintetizirali in biokemijsko ovrednotili različne knjižnice reaktivnih elektrofilnih spojin. Iz knjižnice objavljenih tiol reaktivnih elektrofilnih spojin smo izbrali kloroacetamidni elektrofilni fragment. Z biokemijskim testom smo identificirali več novih zaviralcev encima MurA izmed katerih ima najmočnejša spojina IC50 vrednost v nizkem mikromolarnem območju. Kemijsko reaktivnost vseh ii fragmentov v naši knjižnici smo ovrednotili s tiolnim reaktivnostnim testom in z masno spektrometrijo potrdili kovalentno vezavo na Cys115. Uspešno smo optimizirali sintezo 3-amino-4-substituirani monociklični ß-laktami, kar nam je omogočilo sintezo serije monocikličnih ß-laktaov z delovanjem na PBP in šibkim protibakterijskim delovanjem. Pripravili smo kovalentni kloracetamidni zaviralec z nizkem mikromolarnem zaviralnim delovanjem na MurA. Pripravljene spojine predstavljajo osnovo za nadaljnje delo na spojinah z izboljšanim protibakterijskim delovanjem

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: penicilin vezoči proteini, MurA, kovalentni zaviralci, monociklični β-laktami, kloracetamidi
• Vrsta gradiva: Doktorsko delo/naloga
• Organizacija: FFA - Fakulteta za farmacijo
• Leto izida: 2023
• PID: 20.500.12556/RUL-150784
• Datum objave v RUL: 23.09.2023

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Design, synthesis and evaluation of novel covalent inhibitors of MurA and penicillin-binding proteins

Izvleček

We focused our research on covalent inhibitors of enzymes involved in the biosynthesis of bacterial peptidoglycan. Penicillin-binding proteins (PBPs) are involved in the final stage of bacterial cell wall synthesis and catalyze the cross-linking of peptidoglycan. Cytoplasmic UDP-N-acetylglucosamine enolpyruvyltransferase (MurA) catalyzes the transfer of enolpyruvate to UDP-N-acetylglucosamine. In our research on PBPs, we have focused on the synthesis of new monocyclic ß-lactams. Using Staudinger cycloaddition, we synthesized 3-amino-4-substituted monocyclic ß-lactams with different substituents at the C4 position, a phthalimide-protected 3-amino group at the C3 position, and a protected lactam nitrogen. We tested different cyclization conditions to obtain the monocyclic β-lactam ring, as well as deprotection methods for the lactam nitrogen protecting group and phthalimide. We prepared a small library of cis-monocyclic β-lactams and investigated their inhibitory activity on PBP1b S. pneumoniae and antibacterial activity on ESKAPE bacteria. Although the prepared monocyclic β-lactams have IC50 values in the low micromolar range, most of them showed no antibacterial activity and were active only on mutant bacterial strains. Their reactivity and selectivity were evaluated in a biochemical assay with other enzymes and a reactivity assay. As part of our research on MurA, we performed the synthesis and biochemical evaluation of several libraries of reactive electrophilic compounds. An electrophilic chloroacetamide fragment was selected. Using a biochemical assay, we identified several new MurA inhibitors, of which the most potent compound had an IC50 value in the low micromolar range. The chemical reactivity of all chloroacetamide fragments in our library was evaluated using a reactivity assay. Using mass spectrometry, we confirmed covalent binding to Cys115 in the active site. iv We successfully optimized the synthesis of 3-amino-4-substituted monocyclic ß-lactams, which allowed us to synthesize a series of monocyclic β-lactams with PBP and weak antibacterial activity. We prepared a covalent chloroacetamide inhibitor with low micromolar inhibitory activity on MurA. The compounds prepared form the basis for further work on compounds with improved antibacterial activity.

• Ključne besede: penicillin-binding proteins, MurA, covalent inhibitors, monocyclic ß-lactams, chloroacetamide