Chroman-4-One Derivatives Targeting Pteridine Reductase 1 and Showing Anti-Parasitic Activity

Flavonoids have previously been identified as antiparasitic agents and pteridine reductase 1 (PTR1) inhibitors. Herein, we focus our attention on the chroman-4-one scaffold. Three chroman-4-one analogues (1-3) of previously published chromen-4-one derivatives were synthesized and biologically evaluated against parasitic enzymes (Trypanosoma brucei PTR1-TbPTR1 and Leishmania major-LmPTR1) and parasites (Trypanosoma brucei and Leishmania infantum). A crystal structure of TbPTR1 in complex with compound 1 and the first crystal structures of LmPTR1-flavanone complexes (compounds 1 and 3) were solved. The inhibitory activity of the chroman-4-one and chromen-4-one derivatives was explained by comparison of observed and predicted binding modes of the compounds. Compound 1 showed activity both against the targeted enzymes and the parasites with a selectivity index greater than 7 and a low toxicity. Our results provide a basis for further scaffold optimization and structure-based drug design aimed at the identification of potent anti-trypanosomatidic compounds targeting multiple PTR1 variants

Profiling of Flavonol Derivatives for the Development of Antitrypanosomatidic Drugs

Flavonoids represent a potential source of new antitrypanosomatidic leads. Starting from a library of natural products, we combined target-based screening on pteridine reductase 1 with phenotypic screening on Trypanosoma brucei for hit identification. Flavonols were identified as hits, and a library of 16 derivatives was synthesized. Twelve compounds showed EC50 values against T. brucei below 10 \u3bcM. Four X-ray crystal structures and docking studies explained the observed structure-activity relationships. Compound 2 (3,6-dihydroxy-2-(3-hydroxyphenyl)-4H-chromen-4-one) was selected for pharmacokinetic studies. Encapsulation of compound 2 in PLGA nanoparticles or cyclodextrins resulted in lower in vitro toxicity when compared to the free compound. Combination studies with methotrexate revealed that compound 13 (3-hydroxy-6-methoxy-2-(4-methoxyphenyl)-4H-chromen-4-one) has the highest synergistic effect at concentration of 1.3 \u3bcM, 11.7-fold dose reduction index and no toxicity toward host cells. Our results provide the basis for further chemical modifications aimed at identifying novel antitrypanosomatidic agents showing higher potency toward PTR1 and increased metabolic stability

Exploiting the 2-Amino-1,3,4-thiadiazole Scaffold To Inhibit <i>Trypanosoma brucei </i>Pteridine Reductase in Support of Early-Stage Drug Discovery

Pteridine reductase-1 (PTR1) is a promising drug target for the treatment of trypanosomiasis. We investigated the potential of a previously identified class of thiadiazole inhibitors of Leishmania major PTR1 for activity against Trypanosoma brucei (Tb). We solved crystal structures of several TbPTR1-inhibitor complexes to guide the structure-based design of new thiadiazole derivatives. Subsequent synthesis and enzyme- and cell-based assays confirm new, mid-micromolar inhibitors of TbPTR1 with low toxicity. In particular, compound 4m, a biphenyl-thiadiazole-2,5-diamine with IC50 = 16 μM, was able to potentiate the antitrypanosomal activity of the dihydrofolate reductase inhibitor methotrexate (MTX) with a 4.1-fold decrease of the EC50 value. In addition, the antiparasitic activity of the combination of 4m and MTX was reversed by addition of folic acid. By adopting an efficient hit discovery platform, we demonstrate, using the 2-amino-1,3,4-thiadiazole scaffold, how a promising tool for the development of anti-T. brucei agents can be obtained

Accelerating Drug Discovery Efforts for Trypanosomatidic Infections Using an Integrated Transnational Academic Drug Discovery Platform

According to the World Health Organization, more than 1 billion people are at risk of or are affected by neglected tropical diseases. Examples of such diseases include trypanosomiasis, which causes sleeping sickness; leishmaniasis; and Chagas disease, all of which are prevalent in Africa, South America, and India. Our aim within the New Medicines for Trypanosomatidic Infections project was to use (1) synthetic and natural product libraries, (2) screening, and (3) a preclinical absorption, distribution, metabolism, and excretion\u2013toxicity (ADME-Tox) profiling platform to identify compounds that can enter the trypanosomatidic drug discovery value chain. The synthetic compound libraries originated from multiple scaffolds with known antiparasitic activity and natural products from the Hypha Discovery MycoDiverse natural products library. Our focus was first to employ target-based screening to identify inhibitors of the protozoan Trypanosoma brucei pteridine reductase 1 (TbPTR1) and second to use a Trypanosoma brucei phenotypic assay that made use of the T. brucei brucei parasite to identify compounds that inhibited cell growth and caused death. Some of the compounds underwent structure-activity relationship expansion and, when appropriate, were evaluated in a preclinical ADME-Tox assay panel. This preclinical platform has led to the identification of lead-like compounds as well as validated hits in the trypanosomatidic drug discovery value chain

Infektionsquellensuche bei ambulant erworbenen Fällen von Legionärskrankheit – Ergebnisse der LeTriWa-Studie; Berlin, 2016 – 2020 – Teil 2 (Ergebnisse und Diskussion)

Im Rahmen der Berliner LeTriWa-Studie („Legionellen in der Trinkwasser-Installation“) versuchten wir, ambulant erworbene Fälle von Legionärskrankheit (AE-LK) evidenzbasiert einer Infektionsquelle zuzuordnen. Dafür wurde eine eigens entwickelte Evidenz-Matrix genutzt, mit der die Fälle anhand von drei Evidenztypen (mikrobiologische Evidenz, Cluster-Evidenz und analytisch-vergleichende Evidenz) entweder einer externen Infektionsquelle, einer häuslichen Nicht-Trinkwasserquelle (hNTWQuelle) oder häuslichem Trinkwasser (hTW) zugeordnet werden konnten. Wir rekrutierten 147 Studienteilnehmende (LeTriWa-Fälle) sowie 217 Kontrollpersonen als Vergleichsgruppe. Bei 84 LeTriWa- Fällen konnte aus den Patientenproben der monoklonale Antikörpertyp (MAb) identifiziert werden, bei 83 (99 %) ein MAb 3/1-positiver Stamm und bei einem Fall ein MAb 3/1-negativer Stamm. Im Vergleich zu den Kontrollpersonen war der Fallstatus (infiziert vs. nicht infiziert) nicht mit einer höheren Legionellenkonzentration in den Standard-Haushaltswasserproben assoziiert, die bei Fällen und Kontrollen in gleicher Weise genommen worden waren. Wir fanden jedoch eine hochsignifikante Assoziation mit dem Vorhandensein eines MAb 3/1-positiven Stammes in den Standard-Haushaltsproben. Wir konnten etwa für die Hälfte der LeTriWa-Fälle evidenzbasiert eine wahrscheinliche Quelle zuordnen, und zwar 23 (16 %) einer externen Infektionsquelle, 9 (6 %) einer hNTW-Quelle und 40 (27 %) dem hTW.Peer Reviewe

Infektionsquellensuche bei ambulant erworbenen Fällen von Legionärskrankheit – Ergebnisse der LeTriWa-Studie; Berlin, 2016–2020

Hintergrund/Zielsetzung: Bei ambulant erworbenen Fällen von Legionärskrankheit (AE-LK) ist die Infektionsquelle meistens unbekannt. Es wird vermutet, dass mit Legionellen kontaminiertes häusliches Trinkwasser eine häufige Ursache ist. Um hierzu mehr Evidenz zu generieren, kooperierten das Robert Koch-Institut (RKI), das Umweltbundesamt (UBA) und das Konsiliarlabor (KL) für Legionellen in einer vom Bundesministerium für Gesundheit geförderten Studie zum Thema „Legionellen in der Trinkwasser-Installation“ (LeTriWa-Studie). Eines der Teilprojekte hatte zum Ziel, in Zusammenarbeit und enger Abstimmung mit den Berliner Gesundheitsämtern und Krankenhäusern herauszufinden, bei wie vielen Fällen von AE-LK evidenzbasiert eine Infektionsquelle identifiziert werden kann. Methodik: Bei allen Berliner Meldefällen von Legionärskrankheit wurde zeitnah die Abnahme einer zusätzlichen Urin- und tiefen Atemwegsprobe initiiert, welche an das KL geschickt wurden. In die Studie einwilligende Patientinnen und Patienten wurden mittels eines ausführlichen Fragebogens befragt, u. a. um potenzielle Infektionsquellen zu eruieren. Aus dem Haushalt der Erkrankten und bei in Frage kommenden externen, außerhäuslichen Infektionsquellen wurden Wasserproben genommen. Für eine Risikobewertung der häuslichen Trinkwasser-Installation (TWI) wurde die Durchführung einer weitergehenden Untersuchung im Rahmen einer Gefährdungsanalyse initiiert. Alle Umweltproben wurden im Labor des UBA auf Legionellen untersucht. Die Isolate wurden im KL typisiert und – soweit verfügbar – mit dem bei der Fallperson identifizierten Stamm abgeglichen. Die erhobenen Befunde wurden für die Zuordnung einer Infektionsquelle mit Hilfe einer im Rahmen des Projekts entwickelten Evidenz-Matrix nach mikrobiologischen und epidemiologischen Gesichtspunkten bewertet. Anhand von drei Evidenztypen (mikrobiologische, Cluster- und analytisch-vergleichende Evidenz) konnten wir die Studienteilnehmenden entweder einer externen Infektionsquelle außerhalb des häuslichen Bereichs, eine nicht an das häusliche Trinkwasser angeschlossene Infektionsquelle im häuslichen Bereich (z. B. Luftbefeuchter) oder dem häuslichen Trinkwasser zuordnen. Eine Wasserquelle wurde über mikrobiologische Evidenz einem Fall zugeordnet, wenn sie (i) einen Stamm enthielt, der dem monoklonalen Antikörper(MAb-)typ 3/1 angehört und zu den MAb 3/1-positiven Stämmen zählt und es keinen Widerspruch im Abgleich des Patienten- und Umweltstamms (bzgl. MAb-Typ/-Subtyp oder Sequenztyp (ST)) gab, oder (ii) wenn der Stamm der erkrankten Person mit dem Umweltstamm mindestens auf MAb-Typ-Ebene übereinstimmte. Eine Quelle wurde anhand von Cluster-Evidenz einem Fall zugeordnet, wenn mindestens zwei Fälle zur selben potenziellen Quelle innerhalb von zwei Jahren exponiert waren. Wir verglichen zudem statistisch die Häufigkeit der Exposition gegenüber einer möglichen Infektionsquelle von Fällen und Kontrollen (analytisch-vergleichende Evidenz). Für jeden Studienteilnehmenden strebten wir an, zwei Kontrollpersonen zu rekrutieren, die ebenfalls befragt wurden und bei denen in gleicher Weise Standard-Haushaltsproben wie bei den Fallpersonen genommen wurden. Zudem wurde versucht, vom Betreiber der TWI eine Erlaubnis für eine kostenfreie Gefährdungsanalyse, einschließlich einer weitergehenden Untersuchung, zu erhalten. Ergebnisse: Insgesamt konnten wir 147 Studienteilnehmende (LeTriWa-Fälle) einschließen und 217 Kontrollpersonen rekrutieren. Die LeTriWa-Fälle waren im Median 68 Jahre alt (Spannweite 25–93), 3 und mehrheitlich männlich (n = 96; 65 %). Bei 84 LeTriWa-Fällen konnte aus den Patientenproben der MAb-Typ identifiziert werden, bei 83 (99 %) ein MAb 3/1-positiver Stamm und bei einem ein MAb 3/1-negativer Stamm. Im Vergleich zu den Kontrollpersonen (nicht infiziert) war der Fallstatus (infiziert) nicht mit einer höheren Legionellenkonzentration in den Standard-Haushaltsproben assoziiert, jedoch hochsignifikant mit dem Vorhandensein eines MAb 3/1-positiven Stammes (Odds Ratio (OR) = 4,5; 95 %-Konfidenzintervall (KI) = 2,0–10,8; p < 0,001). Bei 23 (16 %) der 147 LeTriWa-Fälle konnte eine externe, außerhäusliche Quelle und bei 40 (27 %) Fällen das häusliche Trinkwasser als wahrscheinliche Infektionsquelle zugeordnet werden. Das Tragen einer unzureichend desinfizierten Zahnprothese war die einzige häusliche Nicht-Trinkwasserquelle, die signifikant mit dem Fallstatus assoziiert war (OR = 2,3; 95 % KI = 1,04–5,24; p = 0,04) und ermöglichte eine Quellen-Zuordnung von weiteren 6 % der Fälle. Mit insgesamt 49 % konnten wir etwa die Hälfte der LeTriWa-Fälle einer wahrscheinlichen Infektionsquelle auf Evidenz-Basis zuordnen. Schlussfolgerungen: Wir konnten unter Verwendung eines neuartigen Matrix-Konzepts in Berlin der Hälfte der LeTriWa-Fälle eine wahrscheinliche Infektionsquelle zuordnen. Die Ergebnisse unterstützen die Bedeutung von häuslichem Trinkwasser als Ursache für AE-LK. Etwa die Hälfte aller Studienfälle blieben allerdings unerklärt. Die Ergebnisse der Standard-Haushaltproben legen nahe, dass nicht die Kontamination mit jeglichen Legionellen oder die Höhe der Legionellenkonzentration die Personen gefährdet, sondern vielmehr der Legionellenstamm, insbesondere das Vorhandensein von MAb 3/1-positiven Stämmen. Weitere Untersuchungen und/oder Analysen sind erforderlich, um zu verstehen, welche Faktoren zur Kontamination von häuslichem Trinkwasser mit pathogenen Legionellen beitragen und welche Faktoren eine Infektion zu verhindern helfen

A robust method to analyze copy number alterations of less than 100 kb in single cells using oligonucleotide array CGH.

Comprehensive genome wide analyses of single cells became increasingly important in cancer research, but remain to be a technically challenging task. Here, we provide a protocol for array comparative genomic hybridization (aCGH) of single cells. The protocol is based on an established adapter-linker PCR (WGAM) and allowed us to detect copy number alterations as small as 56 kb in single cells. In addition we report on factors influencing the success of single cell aCGH downstream of the amplification method, including the characteristics of the reference DNA, the labeling technique, the amount of input DNA, reamplification, the aCGH resolution, and data analysis. In comparison with two other commercially available non-linear single cell amplification methods, WGAM showed a very good performance in aCGH experiments. Finally, we demonstrate that cancer cells that were processed and identified by the CellSearch® System and that were subsequently isolated from the CellSearch® cartridge as single cells by fluorescence activated cell sorting (FACS) could be successfully analyzed using our WGAM-aCGH protocol. We believe that even in the era of next-generation sequencing, our single cell aCGH protocol will be a useful and (cost-) effective approach to study copy number alterations in single cells at resolution comparable to those reported currently for single cell digital karyotyping based on next generation sequencing data