Synthèse et évaluation biologique des analogues de la muraymycine Active contre les bactéries résistantes aux médicaments

L’utilisation intensive d’antibiotiques a soulevé un grave problème de santé publique mondial. Parce que les agents pathogènes bactériens développent inévitablement une résistance à chaque nouveau médicament lancé en clinique, le besoin de nouveaux antibiotiques pour contrer les bactéries pharmacorésistantes comme le Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM) et le Staphylococcus aureus résistant à la vancomycine (VRSA) est critique1. en choisissant de nouveaux agents antibactériens pour résoudre ce problème, plusieurs critères doivent être considérés comme suit: La cible doit être essentielle pour la croissance, l’agent doit être différent des médicaments existants, et le “ coup ” l’échafaudage doit être susceptible de changements structurels qui permettent d’optimiser la puissance et l’efficacité pour générer “ lead ” compounds.2 − 5Les muraymycines (MRY) (Figure 1, 1, 1), isolées à partir d’un bouillon de culture d’espèces de Streptomyces, 6,7 sont membres d’une classe naturelle 6 ′ – Antibiotiques N-alkyl-5 ′ – β -O-aminoribosyl-C-glycyluridine.8,9 Les MRY qui ont une chaîne latérale lipophile se sont révélés présenter une excellente activité antimicrobienne contre les bactéries Gram-positives. , l’efficacité des MRYs chez les souris infectées par S. aureus représente une piste prometteuse pour le développement de nouveaux agents antibactériens.Les MRYs inhibent la formation de lipide II et de peptidoglycan et sont considérés comme des inhibiteurs de la phospho-MurNAc-pentapeptide transferase ( MraY), qui est responsable de la formation du lipide I dans la voie de biosynthèse du peptidoglycane.10 − 14 Parce que MraY est une enzyme essentielle chez les bactéries, 15 c’est une cible potentielle pour le développement d’agents antibactériens généraux. propriétés biologiques, les MRY sont devenus Nous avons récemment réalisé la première synthèse totale de MRY D2 (7a) et de son épimère (8a), 19 avec l’assemblage convergent de l’acide urée-dipeptide carboxylique 2, l’isovaléraldéhyde ( 3a), la 2,4-diméthoxybenzylamine (4) et le dérivé d’isonitrile de l’aminoribosyluridine 5 par une réaction Ugi à quatre composants20 (U4CR) comme indiqué dans le schéma 1. Ici, nous décrivons la synthèse et l’évaluation biologique d’analogues de MRY associés à une chaîne latérale lipophile comme structure initiale et l’étude de la relation d’activité (RAS) des MRY, et les analogues de MRY que nous avons découverts étaient efficaces contre les agents pathogènes bactériens résistants aux médicaments.Figure 1Structures of MRYs (1).Schéma 1 Tout d’abord, l’activité inhibitrice de 7a sur l’enzyme MraY purifiée (Bacillus subtilis) a été examinée en quantifiant l’incorporation de MurNAc- [14C] pentapeptide par MraY de UDP-MurNAc- [14C] pentapeptide dans le lipide I, le produit de MraY ( Tableau 1) .21 Il s’est avéré que c’était un inhibiteur de MraY fort avec une valeur IC50 de 0,01 μ M. Le composé 8a, qui est l’épimère de 7a à la position α du résidu Leu, présentait une bonne activité inhibitrice de MraY (IC50 = 0,09 μ M) bien que réduite d’un facteur de 9 par rapport à celle de 7a . L’activité antibactérienne de 7a et 8a a ensuite été évaluée.22 Cependant, aucune activité antibactérienne n’a été démontrée par ces composés lorsqu’ils ont été soumis à une gamme de bactéries Gram-positives jusqu’à 64 μ g / mL (Tableau 2), malgré le fait qu’ils ont montré une puissante activité inhibitrice contre leur enzyme cible MraY. Parce que la bicouche lipidique de la membrane cytoplasmique est considérée comme une barrière commune chez les bactéries, cette perméabilité membranaire a été observée; ces composés manquent de la chaîne latérale hydrophobe trouvée dans les classes MRY A et B (figure 1) (figure 1), qui ont une bonne activité antibactérienne. Bien qu’elle ne soit pas essentielle à l’inhibition de MraY, la chaîne latérale acyle grasse attachée à la fraction peptidique des MRY est nécessaire pour l’activité antibactérienne. Parce que la fraction β -acyloxyleucine trouvée dans les classes MRY A et B pourrait être sensible à l’élimination ou à l’hydrolyse par des enzymes telles que les estérases, ces inconvénients devraient être surmontés. Par conséquent, nous avons conçu et synthétisé des analogues, qui ont été liés à un substituant hydrophobe sur la structure de base de MRY par l’intermédiaire d’une liaison C de C Ȣ comme isostères chimiquement et biologiquement stables des MRY. Notre voie de synthèse à 7a et 8a fournit un accès facile à une gamme d’analogues contenant un acide aminé non naturel simplement en modifiant le composant aldéhyde. Ainsi, 2 194, 5, 19 et l’hexadécanal (3b) ont donné, via le U4CR dans EtOH, 6b contenant un résidu pentadécylglycine dans sa structure avec un rendement de 37% sous la forme d’un mélange 1: 1 de diastéréoisomères. La déprotection de 6b a été réalisée par une séquence en deux étapes [Zn, NaH2P04 aqueux 1 M, tétrahydrofurane (THF), puis TFA aqueux à 80%] pour donner l’analogue hydrophobe 7b et son diastéréomère 8b, qui ont été facilement séparés par une phase inverse élevée. chromatographie liquide de performance (HPLC). Le centre stéréogénique nouvellement formé au niveau du résidu pentadécylglycine de chaque diastéréoisomère a été déterminé par une analyse d’acides aminés classique23 en utilisant la l- ou la d-pentadécylglycine comme composé de référence (voir l’information de support, schéma S1). L’effet inhibiteur de 7b et 8b sur l’activité de MraY purifiée a ensuite été évalué (Tableau 1). Les analogues lipophiles 7b et 8b se sont avérés être des inhibiteurs plus faibles de MraY que 7a mais toujours puissants (IC50 = 0,33 et 0,74 x M3, respectivement). L’introduction de la longue chaîne latérale lipophile était encore acceptable pour l’inhibition de MraY. La nature de la chaîne latérale lipophile pourrait influencer l’activité antibactérienne en modulant la perméabilité membranaire ou l’affinité pour l’enzyme cible MraY. Par conséquent, des analogues incorporant un fragment biphényle à la fin (7c et 8c), au milieu (7d et 8d) et à la jonction (7e et 8e) de la fraction lipophile ont également été conçus et synthétisés. Les aldéhydes correspondants, précurseurs de l’assemblage U4CR, ont été préparés comme indiqué sur le schéma 2. La métathèse croisée du 4-vinylbiphényl (9) et du 7-octène-1-ol en présence du catalyseur de deuxième génération Grubbs24 (rendement de 77%) était suivi de l’hydrogénation catalytique pour donner le biphénylalcool saturé 10 (quant.). L’alcool primaire a été oxydé pour donner l’aldéhyde 3c. D’autre part, l’aldéhyde 11 (25) a été bis-homologué par la réaction de Horner et Wadsworth pour donner l’ester insaturé correspondant, qui a été réduit par hydrogénation catalytique. pour donner l’ester saturé 12 en un rendement de 82% sur deux étapes. L’ester éthylique a été réduit avec du DIBAL pour donner l’aldéhyde 3d avec un rendement quantitatif. Le dernier aldéhyde 3e (26) a été préparé à partir de l’acide carboxylique 13 par réduction de l’acide avec BH3 “THF (rendement de 95%) suivi d’une oxydation avec Mn02 (quant.). Avec ces unités d’aldéhyde en main, nous avons synthétisé les analogues 7c et e8c par l’U4CR suivie d’une déprotection globale d’une manière similaire à la préparation de 7b et 8b comme le montre le schéma 1.27Table 1Inhibitory Activities of L’activité antibactérienne de cette série de composés a été évaluée, et les résultats sont résumés dans le tableau 2. L’impact du substituant lipophile sur l’activité antibactérienne était très bon, et 7b et 8b présentaient tous les deux une bonne activité antibactérienne. activité contre une gamme de bactéries pathogènes à Gram positif, y compris S. aureus SR3637 (SARM) et Enterococcusfaecium SR7917 (ERV) avec des valeurs minimales de concentration inhibitrice (MIC) de 0,25 μ g / mL.L’activité était comparable à celle rapportée pour les classes MRY A et B.6,7 Ainsi, la perméabilité de la membrane joue un rôle important en termes d’activité antibactérienne parmi cette classe de produits naturels. La découverte de 8b avec le “ non naturelle ” résidu d-pentadécylglycine, qui présentait une activité antibactérienne huit fois plus puissante contre E. faecium SR7917 que celle de 7b avec le “ naturel ” stéréochimie. Dans l’ensemble, les analogues avec le “ naturel ” la stéréochimie était légèrement plus puissante que celles avec “ non naturel ” stéréochimie contre les staphylocoques. L’introduction du groupe biphényle rigide dans la chaîne latérale lipophile n’a pas amélioré l’activité antibactérienne, mais plutôt la puissance réduite dans le cas de 7d et 8d, qui contiennent le groupe biphényle au milieu de la chaîne latérale. Une optimisation supplémentaire de la chaîne latérale lipophile sera donc nécessaire. Tous les composés préparés dans cette étude ne présentaient aucune cytotoxicité contre les cellules du carcinome hépatocellulaire humain (HepG2) (IC50 > 100 μ g / mL). Les MRY partagent le motif accessoire urée-dipeptide en plus des 5 ′ -O-aminoribosyl-5 ′ groupement -C-glycyluridine. Pour voir rapidement l’impact du motif accessoire, un analogue tronqué 17, où le motif accessoire a été complètement retiré de 7b ou 8b, a été préparé à partir de 15 (28) comme montré dans le schéma 3, et les propriétés biologiques ont été comparées. L’analogue tronqué 17 s’est avéré être un inhibiteur de MraY beaucoup plus faible avec une valeur de CI50 de 5%, ce qui était une réduction de 12 fois de l’activité inhibitrice comparée à 7b et 8b (Tableau 1). . L’activité antibactérienne de 17 a été fortement diminuée avec des CMI comprises entre 32 et 64 g / ml, bien que 17 possédaient un substituant hydrophobe (Tableau 2). Ces résultats montrent clairement que le motif accessoire urée-dipeptide est également un facteur contribuant à l’interaction avec MraY pour conduire à une forte activité inhibitrice antibactérienne. En plus et en dehors de la poche de liaison interagissant avec le groupement C-glycyluridine, il est à noter qu’il y aurait un site de liaison supplémentaire dans MraY, qui reconnaît l’urée accessoire. En résumé, des analogues de MRY avec un substituant lipophile ont été synthétisés par U4CR, ce qui nous a permis de préparer facilement des analogues de MRY contenant des acides aminés non naturels. L’impact du substituant lipophile sur l’activité antibactérienne était très important, et les analogues 7b et ebB présentaient une bonne activité contre une gamme de pathogènes bactériens à Gram positif, y compris le SARM et l’ERV. Cette étude a également indiqué que le motif accessoire urée-dipeptide contribue à l’activité inhibitrice et antibactérienne de MraY. Les connaissances acquises à partir de notre étude SAR des MRY fourniraient une orientation supplémentaire vers la conception d’inhibiteurs puissants de MraY. Parce que les MRY possèdent un poids moléculaire et une polarité relativement élevés, ces caractéristiques structurelles sont en bon accord avec les caractéristiques de l’espace des propriétés des agents antibactériens.29 & 32 Cette étude initiale a ouvert la voie à la génération de nouveaux agents antibactériens. x0201d; Les inhibiteurs de l’aminoindazole PDK1: une étude de cas sur la découverte de médicaments à base de fragments