Exploring the chemical space of 1,2,3-triazolyl triclosan analogs for discovery of new antileishmanial chemotherapeutic agents

Triclosan and isoniazid are known antitubercular compounds that have proven to be also active againstLeishmaniaparasites. On these grounds, a collection of 37 diverse 1,2,3-triazoles based on the antitubercular molecules triclosan and 5-octyl-2-phenoxyphenol (8PP) were designed in search of novel structures with leishmanicidal activity and prepared using different alkynes and azides. The 37 compounds were assayed againstLeishmania donovani, the etiological agent of leishmaniasis, yielding some analogs with activity at micromolar concentrations and againstM. tuberculosisH37Rv resulting in scarce active compounds with an MIC of 20 μM. To study the mechanism of action of these catechols, we analyzed the inhibition activity of the library on theM. tuberculosisenoyl-ACP reductase (ENR) InhA, obtaining poor inhibition of the enzyme. The cytotoxicity against Vero cells was also tested, resulting in none of the compounds being cytotoxic at concentrations of up to 20 μM. Derivative5fcould be considered a valuable starting point for future antileishmanial drug development. The validation of a putative leishmanial InhA orthologue as a therapeutic target needs to be further investigated

A katG S315T or an ahpC promoter mutation mediate Mycobacterium tuberculosis resistance to 2-thiophen carboxylic acid hydrazide, an inhibitor resembling the anti-tubercular drugs Isoniazid and Ethionamide

Clinical isolates of Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium bovis are differentially susceptible to 2-Thiophen Hydrazide (TCH); however its mechanism of action or the reasons for that difference are unknown. We report herein that under our experimental conditions, TCH inhibits M. tuberculosis in solid but not in liquid medium, and that in spite of resembling Isoniazid and Ethionamide, it does not affect mycolic acid synthesis. To understand the mechanisms of action of TCH we isolated M. tuberculosis TCH resistant mutants which fell into two groups; one resistant to TCH and Isoniazid but not to Ethionamide or Triclosan, and the other resistant only to TCH with no, or marginal, cross resistance to Isoniazid. A S315T katG mutation conferred resistance to TCH while katG expression from a plasmid reduced M. tuberculosis MIC to this drug, suggesting a possible involvement of KatG in TCH activation. Whole genome sequencing of mutants from this second group revealed a single mutation in the alkylhydroperoxide reductase ahpC promoter locus in half of the mutants, while the remaining contained mutations in dispensable genes. This is the first report of the genetics underlying the action of TCH and of the involvement of ahpC as the sole basis for resistance to an anti-tubercular compound.Fil: Franceschelli, Jorgelina Judith. Universidad Nacional de Rosario; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario; ArgentinaFil: Belardinelli, Juan Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario; Argentina. State University of Colorado - Fort Collins; Estados UnidosFil: Tong, Ping. University College Dublin; Irlanda. University of Edinburgh; Reino UnidoFil: Loftus, Brendan. University College Dublin; IrlandaFil: Recio Balsells, Alejandro Iván. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Labadie, Guillermo Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Gordon, Stephen V.. University College Dublin; IrlandaFil: Morbidoni, Héctor Ricardo. Universidad Nacional de Rosario; Argentin

Desarrollo de nuevos agentes antiinfecciosos a partir de diaminas alifáticas

Las enfermedades infecciosas son causadas por agentes etiológicos muy diversos, incluyendo parásitos, bacterias, hongos y virus. Dentro de estas patologías se encuentran las enfermedades tropicales desatendidas, que afectan a más de 1.000 millones de personas en todo el mundo, e impactan principalmente a los sectores más vulnerables de la población. Esta clasificación incluye más de 20 enfermedades, o grupos de enfermedades, incluyendo la enfermedad de Chagas, las leishmaniasis y la tripanosomiasis humana africana. Otras enfermedades infecciosas que afectan gravemente a la salud pública a nivel global son la tuberculosis y la malaria. Estas enfermedades continúan siendo unas de las principales causas de muertes por enfermedades infecciosas a nivel global, con el agravante que produce la generación de cepas resistentes. Si bien históricamente eran consideradas como enfermedades desatendidas, el aumento de la inversión en investigación en la última década las ha sacado de esa categoría. Los tratamientos disponibles para las enfermedades tropicales desatendidas, la tuberculosis y la malaria poseen numerosos inconvenientes. Algunos de ellos son: problemas de toxicidad, administración, generación de cepas resistentes, entre otros. Por lo tanto, es primordial el desarrollo de nuevos fármacos para la implementación de tratamientos superadores. En trabajos realizados previamente en nuestro grupo se sintetizó una colección de cerca de 90 diaminas alifáticas N,N´-disustituidas, las cuales demostraron potentes actividades frente a parásitos tripanosomátidos y apicomplejos. Numerosos compuestos exhibieron potentes actividades frente a todos los parásitos analizados, siendo potenciales agentes quimioterapéuticos de amplio espectro. Por otro lado, debido a que la estrategia de búsqueda de hits comenzó con ensayos fenotípicos sobre los distintos parásitos, no se disponía de información de los mecanismos de acción en cada uno de los patógenos. El presente trabajo de Tesis tuvo como objetivo el desarrollo de agentes antiinfecciosos a partir de las diaminas N,N´-disustituidas. Con este objetivo, se analizó la selectividad de una selección de miembros de la biblioteca determinando la actividad antimicrobiana y fungicida, con especial énfasis en la actividad antimicobacteriana. De los compuestos estudiados, el derivado N 1 ,N3 -bis(4- (benciloxi)bencil)propano-1,3-diamina resultó el mejor candidato con una actividad de 3 µM en M. tuberculosis en medio sólido. Este compuesto exhibe actividad antimicobacteriana y antiparasitaria de amplio espectro, siendo activo frente a tripanosomátidos, apicoplastos, micobacterias tuberculosas y no tuberculosas. Es de destacar que no presentó actividad significativa frente a bacterias Gram positivas, Gram negativas ni hongos patógenos. Por otro lado, se expandió el estudio de la actividad frente a Leishmania, ya que esta enfermedad es generada por una gran variedad de especies y produce diferentes manifestaciones clínicas. Debido a que disponíamos los resultados de actividad en L. donovani, se expandió el estudio de una selección de nueve análogos representativos frente L. amazonensis y L. braziliensis, variantes que producen leishmaniasis cutánea en Sudamérica y la otra especie responsable de leishmaniasis visceral, L. infantum. Los resultados obtenidos mostraron que los derivados seleccionados presentaron actividades por debajo de 1 µM, tanto en el estadio promastigote, como en amastigotes. Con el fin de investigar el mecanismo de acción de las diaminas N,N´-disustituidas se utilizaron diferentes enfoques para inferir posibles blancos biológicos. Por un lado, se realizaron estudios experimentales tendientes a validar si el trasporte de poliaminas y la vía glicolítica estaban involucradas en el mecanismo de acción. Estos estudios fueron realizados en epimastigotes de T. cruzi, examinando la inhibición del transporte de putrescina y la variación de los metabolitos excretados al medio de cultivo por resonancia magnética nuclear de protones. La inhibición del transporte de putrescina de las diaminas N,N´-di seleccionadas fue muy variada, con un rango de inhibición del 10 al 86% a una concentración de 25 µM. Comparando los resultados de inhibición enzimática y la inhibición del crecimiento parasitario no se observa una clara correlación entre la actividad y la longitud de la cadena alifática y el sustituyente del anillo aromático. El derivado 3c, fue el compuesto que mayor inhibición presentó, con un IC50 de inhibición del transporte de 3,79 µM; por lo que este blanco tendría un rol protagónico en el mecanismo de acción. Se abordó un estudio de metabolómica dirigida determinando la concentración de acetato, lactato, piruvato, alanina y succinato excretados al medio usando RMN 1H. En experimentos con una selección de derivados y posteriormente con el compuesto 3c, usando cultivos de epimastigotes de T. cruzi de la cepa Dm28c, se encontró que no existiría interferencia en la vía glicolítica. Esta conclusión se fundamenta en que la disminución en la concentración de los metabolitos se correlaciona con la cantidad de parásitos al final del ensayo. En efecto, en los experimentos usando 3c una concentración de 0,49 M (0.10 IC50), la concentración parasitaria fue del 67% respecto al control y la disminución de la concentración de los metabolitos fue en general, menor a ese porcentaje. Adicionalmente, se realizaron estudios in silico para predecir posibles blancos de acción (in silico target fishing). Recurriendo a la plataforma TDRtargets se determinaron posibles blancos en los agentes etiológicos de las enfermedades en estudio y se recurrió a otras plataformas para determinar posibles blancos de acción en los seres humanos que podría provocar problemas de citotoxicidad. Como resultado de estos estudios se encontró que las enzimas acil-CoA sintetasas, que participan del catabolismo de lípidos, serían el principal blanco potencial. Con el fin de expandir el estudio de relación estructura actividad y de abordar aproximaciones de simplificación molecular, se sintetizaron 17 nuevos análogos. Estos compuestos pertenecen a tres quimiotipos diferentes: monoaminas, diaminas monosustituidas, y diaminoalcoholes. Estos nuevos derivados fueron testeados en epimastigotes de T. cruzi, exhibiendo 6 de ellos IC50 menores de 10 µM. Sin embargo, los nuevos análogos no presentaron actividades superiores a las diaminas N,N´- disustituidas, aunque potencialmente pueden presentar mejores parámetros fisicoquímicos, específicamente solubilidad acuosa. Finalmente, y con la idea de implementar estudios de internalización y metabolización por RMN de 19F, se sintetizaron 14 derivados fluorados pertenecientes a los quimiotipos N,N´-disustituidas, monoaminas y diaminas monosustituidas. Analizamos las actividades a concentraciones fijas a 10, 50 y 100 µM. De los análogos sintetizados, 5 presentaron actividades menores de 10 µM, pertenecientes a las series m y c5F, miméticos fluorados e las series a y c. Adicionalmente, realizamos ensayos para determinar los límites de detección de los respectivos núcleos fluorados en CDCl3 en RMN de 19F desacoplado y con 128 acumulaciones, siendo de 200 µM para el flúor único a anillos aromáticos y de 100 µM para el flúor alifático. Por último, realizamos experimentos de internalización seleccionando compuestos con actividad potente, moderada y no activos. Sin embargo, no detectamos en ninguno de los extractos obtenidos la presencia de flúor. Por lo que será necesario la optimización del método utilizado.Fil: Recio Balsells, Alejandro Iván. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario (IQUIR-CONICET); Argentina

Biochemical characterization of the minimal domains of an iterative eukaryotic polyketide synthase

Iterative type I polyketide synthases (PKS) are megaenzymes essential to the biosynthesis of an enormously diverse array of bioactive natural products. Each PKS contains minimally three functional domains, β-ketosynthase (KS), acyltransferase (AT), and acyl carrier protein (ACP), and a subset of reducing domains such as ketoreductase (KR), dehydratase (DH), and enoylreductase (ER). The substrate selection, condensation reactions, and β-keto processing of the polyketide growing chain are highly controlled in a programmed manner. However, the structural features and mechanistic rules that orchestrate the iterative cycles, processing domains functionality, and chain termination in this kind of megaenzymes are often poorly understood. Here, we present a biochemical and functional characterization of the KS and the AT domains of a PKS from the mallard duck Anas platyrhynchos (ApPKS). ApPKS belongs to an animal PKS family phylogenetically more related to bacterial PKS than to metazoan fatty acid synthases. Through the dissection of the ApPKS enzyme into mono- to didomain fragments and its reconstitution in vitro, we determined its substrate specificity toward different starters and extender units. ApPKS AT domain can effectively transfer acetyl-CoA and malonyl-CoA to the ApPKS ACP stand-alone domain. Furthermore, the KS and KR domains, in the presence of Escherichia coli ACP, acetyl-CoA, and malonyl-CoA, showed the ability to catalyze the chain elongation and the β-keto reduction steps necessary to yield a 3-hydroxybutyryl-ACP derivate. These results provide new insights into the catalytic efficiency and specificity of this uncharacterized family of PKSs.Fil: Sabatini, Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Comba, Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Altabe, Silvia Graciela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Recio Balsells, Alejandro Iván. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Labadie, Guillermo Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Takano, Eriko. University of Manchester; Reino UnidoFil: Gramajo, Hugo Cesar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Arabolaza, Ana Lorena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentin

New one-pot synthesis of anti-tuberculosis compounds inspired on isoniazid

A library of thirty N-substituted tosyl N’-acryl-hydrazones was prepared with p-toluenesulfonyl hydrazide, methyl propiolate and different aldehydes in a one-pot synthesis via an aza-Michael reaction. The scope of the reaction was studied, including aliphatic, isoprenylic, aromatic and carbocyclic aldehydes. The prepared collection was tested against Mycobacterium tuberculosis H37Rv. Nine analogs of the collection showed Minimum Inhibitory Concentration ≤10 μM, of which the most active members (MIC of 1.25 μM) were exclusively E isomers. In order to validate the mechanism of action of the most active acrylates, we tested their activity on a M. tuberculosis InhA over-expressing strain obtaining MIC that consistently doubled those obtained on the wild type strain. Additionally, the binding mode of those analogs on M. tuberculosis InhA was investigated by docking simulations. The results displayed a hydrogen bond interaction between the sulfonamide and Ile194 and the carbonyl of the methyl ester with Tyr 158 (both critical residues in the interaction with the fatty acyl chain substrate), where the main differences on the binding mode relays on the hydrophobicity of the nitrogen substituent. Additionally, chemoinformatic analysis was performed to evaluate in silico possible cytotoxicity risk and ADME-Tox profile. Based on their simple preparation and interesting antimycobacterial activity profile, the newly prepared aza-acrylates are promising candidates for antitubercular drug development.Fil: Ghiano, Diego German. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Recio Balsells, Alejandro Iván. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Bortolotti, Ana. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Defelipe, Lucas Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Turjanski, Adrián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Morbidoni, Héctor Ricardo. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas; ArgentinaFil: Labadie, Guillermo Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentin

Exploring the chemical space of 1,2,3-triazolyl triclosan analogs for discovery of new antileishmanial chemotherapeutic agents

International audienceTriclosan and isoniazid are known antitubercular compounds that have proven to be also active against Leishmania parasites. On these grounds, a collection of 37 diverse 1,2,3-triazoles based on the antitubercular molecules triclosan and 5-octyl-2-phenoxyphenol (8PP) were designed in search of novel structures with leishmanicidal activity and prepared using different alkynes and azides. The 37 compounds were assayed against Leishmania donovani, the etiological agent of leishmaniasis, yielding some analogs with activity at micromolar concentrations and against M. tuberculosis H37Rv resulting in scarce active compounds with an MIC of 20 μM. To study the mechanism of action of these catechols, we analyzed the inhibition activity of the library on the M. tuberculosis enoyl-ACP reductase (ENR) InhA, obtaining poor inhibition of the enzyme. The cytotoxicity against Vero cells was also tested, resulting in none of the compounds being cytotoxic at concentrations of up to 20 μM. Derivative 5f could be considered a valuable starting point for future antileishmanial drug development. The validation of a putative leishmanial InhA orthologue as a therapeutic target needs to be further investigate