Entwicklung und Synthese allosterischer Hemmstoffe des Apicomplexa Bewegungs- und Invasionsapparates

Abstract

Die WHO-Agenda zur Malariaeradikation erfordert hohe Investitionen und das Anpassungspotential der Plasmodium-Parasiten betont den Bedarf an kontinuierlicher Entwicklung von neuen effektiven Ansätzen. Der unter allen Apicomplexa- Parasiten konservierte Fortbewegungs- und Invasionsapparat, das Glideosom, gemeinsam mit seinem zentralen Motorprotein Myosin A, stellt ein attraktives Ziel zur erfolgreichen Hemmung der parasitären Aktivität dar. In dieser Studie wurde die Erhöhung des Effektes eines potentiellen Myosin A-Inhibitors mit biarylischer Grundstruktur durch die Funktionalisierung der ortho-Position geprüft. Eine Reihe von ortho-substituierten Biarylen wurde aus den in silico durchgeführten Strukturmodifizierungen abgeleitet und synthetisiert. Die one-pot SUZUKI-MIYAURA-Kreuzkupplung mit angeschlossener Benzylierung lieferte einen effizienten Zugang zu den potentiellen Inhibitormolekülen. Titrierungsexperimente unter Quantifizierung des Effektes der Biaryle auf die ATPase-Aktivität des Myosin A-Modells über die mittlere inhibitorische Konzentration ergaben inhibitorische Aktivitäten der Substanzen im unteren mikrooder nanomolaren Bereich. Die Proliferation von nicht resistenten und multiresistenten Plasmodium falciparum Stämmen 3D7 und 7G8 wurde durch die Biaryle in vergleichbaren Konzentrationsbereichen effektiv gehemmt, wobei die Glideosomgesteuerten Prozesse der Erythrozyteninvasion und des Egress deutlich inhibiert wurden. In den in vitro Flashphotolyse-Experimenten wurden Biaryl-bedingte Veränderungen der Akto-Myosin-Kinetik und der ATP-Umsetzungsgeschwindigkeit, sowie eine starke Herabsetzung der Bindeaffinität des Myosin A-Modells zum ATP festgestellt. MD-Simulationen ergaben Interaktionen des veränderten Grundgerüstes im allosterischen Bereich der Aktininteraktion um das LYS274, die mit den in vitro Ergebnissen korrelieren und auf eine aktive Veränderung der allosterischen Kommunikation zwischen der Aktin- und Nukleotidbindestelle durch die Biaryle deuten. Der strukturbasierte Ansatz ermöglichte ebenfalls eine potentielle Erklärung für die selektive Aktivität des Carbazols DBC gegenüber Myosin-9b, während mehrere Isoformen von Myosinen der Klassen 1, 2 und 5 nicht beeinflusst wurden. Ensemblebasierten Dockings und beschleunigte MD-Simulationen deuten auf eine stabile Interaktion des DBC in einer spezifischen Bindestelle im Myosin-9b in der Nähe des Bindebereiches von Blebbistatin hin, die zur Störung der Motoraktivität führen kann. Die entsprechenden Bereiche der Myosine 1, 2 und 5 weisen eine niedrige Homologie zum Myosin-9b auf und sind durch DBC weniger populiert.