Razvoj odnosa med strukturo in delovanjem pri novih zaviralcih bakterijskih topoizomeraz

Baš, Jakob (avtor), Anderluh, Marko (mentor), Hrast, Martina (komentor)

Širjenje bakterijske odpornosti proti zdravilom je v polnem razmahu, kar zahteva iskanje novih tarč in novih zdravil. Ena izmed obetavnejših novejših skupin učinkovin so tudi novi zaviralci bakterijskih topoizomeraz (NBTI). Topoizomeraze, med katere spadata tudi encima bakterijska DNA-giraza in topoizomeraza IV, vzdržujejo topološko stanje molekule DNA in omogočajo normalen potek esencialnih procesov kot sta replikacija in transkripcija. NBTI zavirajo oba encima in s tem povzročijo propad bakterijske celice. NBTI so sestavljeni iz bicikličnega levega dela (LHS), ki se veže v DNA, distančnika in aromatskega desnega dela (RHS), ki se veže v hidrofobni žep v encimu. V okviru magistrske naloge smo sintetizirali nove zaviralce bakterijskih topoizomeraz z ohranjenim 1,5-naftiridinskim levim delom, spreminjali pa smo distančnik in desni del molekule. Za desni del molekule smo uporabili dve vrsti različno substituiranih aromatskih obročev, fenilnega in furanovega, s čimer smo želeli preveriti kakšen vpliv ima na delovanje spojin vrsta aromatskega obroča. Z uporabo različnih funkcionalnih skupin smo želeli ugotoviti, če lahko različne druge interakcije ustrezno nadomestijo halogene vezi, ki so se izkazale kot zelo pomembne za močno delovanje NBTIjev. Lotili smo se tudi modifikacije distančnika. Del spojin je vseboval piperidinski distančnik, del pa cikloheksanskega. S tem smo želeli ugotoviti ali lahko pravilna izbira distančnika reši problem kardiotoksičnosti, ki zavira nadaljnji razvoj NBTIjev. Končne spojine smo najprej okarakterizirali z NMR, HRMS, IR spektroskopijo ter jim določili temperaturo tališča, nato pa so sledila biološka testiranja. Spojinam smo določili IC50 vrednosti, minimalno inhibitorno koncentracijo oz. MIK na izbranih bakterijskih sevih in zaviranje kanalčkov hERG . Kot močnejše so se izkazale spojine s fenilnim obročem, prav tako pa smo potrdili pomembnost halogene interakcije, saj je spojina substituirana s halogeni dala najboljše rezultate. MIK vrednosti so izpostavile šibkejše delovanje spojin proti po Gramu negativnim bakterijam, pri čemer se je kot glavni problem izkazala slaba permeabilnost. Testiranje na kanalčkih hERG je pokazalo, da je cikloheksanski distančnik precej varnejša izbira od piperidinskega. Rezultati torej jasno kažejo, da je za doseganje nižje kardiotoksičnosti oz. večje selektivnosti spojin res pomemben ustrezen distančnik.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: DNA-giraza, Topoizomeraza IV, NBTI, desni del, distančnik
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Organizacija: FFA - Fakulteta za farmacijo
• Leto izida: 2022
• PID: 20.500.12556/RUL-143268
• Datum objave v RUL: 10.12.2022

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Structure-activity relationship development in new inhibitors of bacterial topoisomerases

Izvleček

Due to the rapidly increasing bacterial resistance, there is an urgent need to find new antibacterial drugs and the corresponding drug targets. One of the most promising new classes of drugs are novel bacterial topoisomerase inhibitors (NBTIs). Topoisomerases, which include bacterial DNA gyrase and topoisomerase IV, mantain topological state of DNA and enable normal flow of processes such as replication and transcription. NBTIs can inhibit both enzymes and thus cause the death of bacterial cell. NBTIs are composed of bicyclic left-hand side (LHS), which binds into DNA, the linker and an aromatic right-hand side (RHS), which binds into hydrophobic pocket in enzyme. Within the framework of the master's degree we focused on the synthesis of novel bacterial topoisomerase inhibitors with preserved 1,5-naphthyrydine left-hand side, but distinct linkers and right-hand sides. For right-hand side we used two different types of differently substituted aromatic rings, phenyl and furan – thereby we tried to the effect of aromatic ring on the action of compounds. Using different functional groups we tried to find out whether various other interactions can adequately substitute halogen and halogen bonds bonds, which have thus far showed important effect on the action of NBTIs. We also modified the linker moiety. by piperidine and cyclohexaneto determine whether linker influences hERG inhibition, which hampers the further development of NBTIs. Final compounds were first characterized with NMR, HRMS, IR spectroscopy and had their melting points measured and then biological tests were made. We determined IC50, minimal inhibitory concentration (MIC) values, and inhibition of hERG channels. Compound containing phenyl rings turned out to be more potent inhibitors of selected enzymes and the importance of halogen bonds was also verified, as the halogen-substituted compound showed the best results. MIC values exposed weaker effect of our compounds against gram-negative bacteria and the main problem appeared to be in lower permeability. Testing on hERG channels showed that the ciclohexan linker is a much safer choice than the piperidine one. The results clearly indicate that the use of proper linker is important in order to achieve lower cardiotoxicity and greater selectivity of compounds.

• Ključne besede: DNA gyrase, Topoisomerase IV, NBTI, right-hand side, linker