Synthesis, experimental evaluation and molecular modelling of hydroxamate derivatives as zinc metalloproteinase inhibitors

Manuscript. Published version available in European Journal of Medicinal Chemistry, Vol. 108, 27 January 2016, pp 141–153Enzymes of the M4 family of zinc-metalloproteinases are virulence factors secreted from gram-positive or gram-negative bacteria, and putative drug targets in the treatment of bacterial infections. In order to have a therapeutic value such inhibitors should not interfere with endogenous zinc-metalloproteinases. In the present study we have synthesised a series of hydroxamate derivatives and validated the compounds as inhibitors of the M4 enzymes thermolysin and pseudolysin, and the endogenous metalloproteinases ADAM-17, MMP-2 and MMP-9 using experimental binding studies and molecular modelling. In general, the compounds are stronger inhibitors of the MMPs than of the M4 enzymes, however, an interesting exception is LM2. The compounds bound stronger to pseudolysin than to thermolysin, and the molecular modelling studies showed that occupation of the S2’ subpocket by an aromatic group is favourable for strong interactions with pseudolysin

Eksperimentell in vitro ”screening” og molekylær dokking av forbindelser med mulig hemmende effekt på Thermolysin og Pseudolysin

To substrater ble brukt i de eksperimetelle studiene. De er referet til som Bradykinin-lignende substrat og AGLA substrat i oppgaven. De eksperimentelle forsøkene gav Km verdi for Bradykinin lignende substrat for Thermolysin fra Bacillus thermoproteolyticus eubakterie på 17.7 +/- 4.3 μM og Pseudolysin fra Pseudomonas aeruginosa på 7.4 +/- 1.3 μM. For ”AGLA” substrat ble Km for Thermolysin målt til 67.7 +/- 10.5 μM, mens for Pseudolysin ble Km målt til 124.8 +/- 22.9 μM. Seksten forbindelser fra en tidligere ”virtual screening” studie av Maybridge databasen viste ingen hemmende effekt hverken på verken Thermolysin eller Pseudolysin. Både under preinkubering av hemmere og under alle forsøk var pH 7.3, mens temperaturen var 37 °C. Av totalt 50 forbindelser (42+8) fra samarbeidspartnere i Italia, viste forbindelse FF33 en IC50 på 754 nM mot Thermolysin og IC50 på 2.28 μM mot Pseudolysin. Forbindelse VDL22 hadde en IC50 på 11,14 μM mot Thermolysin. Forbindelse SM434 viste seg å vare en Pseudolysin hemmer med IC50 = 9.21 μM og Ki = 5.98 μM ved bruk av Braidykinin-lignende substrat. Dokking av SM434 inn i det aktive sertet av PsE tydet på at forbindelsen ikke koordinerer det katalytiske zinc atomet. Dette er en interessant observasjon siden man antar at spesifikke hemmere må binde til bindingsseter som ikke inkulderer det katalytiske Zinc atomet, siden katalytisk Zinc finnes i alle zinc metalloproteaser. Forbindelsene FF 33, BF 282, SM 434 viste seg å være kompetitive hemmere av Thermolysin og Pseudolysin ved bruk avBradykinin-lignende substrat. Forbindelse VDL 22 viste å vare ukompetitiv hemmer av Pseudolysin ved bruk av Bradykinin lignende substrat. Galardin hadde en hemmende effekt både mot Thermolysin (IC50 = 12.20 nM og Ki = 9.95 nM) og Pseudolysin (IC50 = 24.35 nM og Ki = 15.80 nM) ved bruk av Bradykinin-lignende substrat

Inhibition of pseudolysin and thermolysin by hydroxamate-based MMP inhibitors

In the present study, we have investigated the inhibition of thermolysin and pseudolysin by a series of compounds previously identified as matrix metalloproteinase (MMP) inhibitors using experimental binding studies and theoretical calculations. The experimental studies showed that some of the compounds were able to inhibit thermolysin and pseudolysin in the low mu M range. The studies revealed that, in general, the compounds bound in the order MMPs > pseudolysin > thermolysin, and the strongest pseudolysin and thermolysin binders were compounds 8-12. Furthermore, compounds 8 and 9 were unique in that they bound much stronger to the two bacterial enzymes than to the MMPs. The docking calculations suggested that the phenyl group of the strongest binders (compounds 8 and 9) occupy the S'(2)-subpocket, while a second ring system occupy the S-1-subpocket in both thermolysin and pseudolysin. When the compounds possess two ring systems, the largest and most electron rich ring system seems to occupy the S-1-subpocket