Načrtovanje in sinteza hidroksietilaminskih inhibitorjev biosinteze peptidoglikanaSova, Matej (Avtor) Gobec, Stanislav (Mentor) bakterijeučinkovineprotibakterijskeencimianaliza spojinsintezahidroksietilaminiVse večje število medicinsko pomembnih patogenih bakterij (stafilokokov, streptokokov, enterokokov, Pseudomonas aeruginosa,Mycobacterium tuberculosis), ki so rezistentne na številne protibakterijske učinovine, predstavlja resen problem pri zdravljenju nalezljivih bolezni, zato v zadnjem času potekajo intenzivne raziskave na področju razvoja novih protibakterijskih učinkovin. Eno od pomembnejših in aktualnih tarčnih mest pri iskanju novih protibakterijskih učinkovin je bakterijski peptidoglikan, sestavljen iz mreže polisaharidnih verig, ki so prečno povezane s kratkimi peptidnimi verigami. Kot esencialna komponenta bakterijske celične stene daje celici značilno obliko in je nujen za vzdrževanje notranjega osmotskega pritiska, zato vpletanje v njegovo sintezo ali strukturo vodi v izgubo bakterijske celovitosti in posledično do celične smrti. Pri biosintezi peptidoglikana sodelujejo številni encimi, med katerimi so ključnega pomena od ATP-ja odvisne ligaze (ligaze Mur in ligaza D-alanil-D-alanin), ki so pomembne pri biosintezi UDP-N-acetilmuramil-pentapeptida kot znotrajceličnega prekurzorja peptidoglikana. Ligaze MurC do MurF katalizirajo zaporedno pripenjanje L-alanina, D-glutaminske kisline, L-lizina ali mezo-diaminopimelinske kisline in dipeptida D-alanil-D-alanina, ki ga iz dveh D-alaninov sintetizira ligaza D-alanil-D-alanin (Ddl), na UDP-N-acetilmuraminsko kislino. Iz družine ligaz D-alanil-D-X so poleg Ddl tudi ligaze Van, ki so odgovorne za razvoj rezistence na antibiotik vankomicin pri enterokokih. Ker so se fosfonatni, fosfinatni in sulfonamidni analogi prehodnega stanja že izkazali kot inhibitorji ligaz Mur in ligaze D-alanil-D-alanin, smo v okviru doktorske disertacije načrtovali, sintetizirali in biološko ovrednotili hidroksietilaminske analoge kot nove potencialne inhibitorje encimov MurC do MurF, VanA in Ddl. Pri načrtovanju smo si pomagali s programsko opremo za »de novo« načrtovanje nizkomolekulskih inhibitorjev SPROUT in orodjem za sidranje ligandov eHiTS. Nato smo razvili in optimizirali sintezno pot za pripravo hidroksietilaminskega fragmenta, ki poteka preko oksidacije derivatov alilamina do epoksida in sledečega odpiranja oksiranskega obroča z N-nukleofili ob prisotnosti kalcijevega trifluorometansulfonata kot katalizatorja. Sintetiziranim spojinam smo določili inhibitorno aktivnost na DdlB, MurC, MurD in MurF iz Echerichie coli, MurE iz Staphylococcus aureus in VanA iz Enterococcus faecium. Spojine, ki so poleg hidroksietilaminskega dela vsebovale L-alanin ali D-glutaminsko kislino, se niso izkazale kot inhibitorji encimov MurC oziroma MurD. Hidroksietilaminski derivati piroglutaminske kisline, substituirani s trifluorometilfenilnim substituentom, so zavirali delovanje ligaz Dalanil-D-alanin in VanA v koncetracijah nad 500 M. Najmočnejše inhibitorje pa smo dobili, ko smo na hidroksilno skupino hidroksietilamina uvedli fosfatno skupino. Hidroksietilaminski derivat 1-(4-metoksifenilsulfonamido)-3-morfolinopropan-2-il dihidrogen fosfat se je izkazal kot inhibitor DdlB (IC50 = 110 μM) in VanA (IC50 = 224 μM). Ker je VanA odgovoren za rezistenco na antibiotik vankomicin, je omenjeni hidroksietilaminski inhibitor dobra izhodiščna spojina za razvoj učinkovin, ki bi zavirale pojav rezistence na vankomicin. Omenjena spojina pa je zavirala tudi delovanje ligaze MurE z IC50 vrednostjo v nizkem mikromolarnem območju (IC50 = 6 μM). Z zamenjavo metoksi skupine s trifluorometilno pa smo dobili močan inhibitor MurC in MurF ligaze. Derivati 1-fenilsulfonamido-3-morfolinopropan-2-il dihidrogen fosfata so zato pomembne izhodiščne spojine za razvoj novih multiplih inhibitorjev biosinteze peptidoglikana s potencialnim širokospektralnim protibakterijskim delovanjem. Zaradi zaviranja aktivnosti encima MurE iz Staphylococcus aureus pa bi se lahko uporabljale tudi kot učinkovine pri zdravljenju infekcij z MRSA (na meticilin rezistentno bakterijo S. aureus).[M. Sova]20092021-05-14 13:02:33Doktorska disertacija127056sl