@phdthesis{Ferraro2021,
  author    = {Ferraro, Antonio},
  title     = {Entwicklung potenzieller (ir-)reversibler Inhibitoren der Enoyl-ACP-Reduktase FabI in S. aureus/ E. coli und der Thiolase FadA5 in M. tuberculosis},
  doi       = {10.25972/OPUS-23839},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-238392},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Antimikrobielle Resistenzen stellen eine weltweite Herausforderung dar und sind mit einer hohen Morbidit{\"a}t und Mortalit{\"a}t verbunden. Die Letalit{\"a}tsrate durch multiresistente Keime steigt stetig an, weshalb die WHO im Jahr 2017 eine Priorit{\"a}tenliste resistenter Keime erstellte, die die Entwicklung neuer Antibiotika vorantreiben soll. Diese umfasst vornehmlich gramnegative Bakterien, da diese aufgrund ihres Zellaufbaus sowie diverser Resistenzmechanismen besonders widerstandsf{\"a}hig gegen{\"u}ber dem Angriff vieler Antibiotika sind. Einige grampositive Keime (z.B. S. aureus) stehen ebenfalls auf dieser Liste und stellen eine große Herausforderung f{\"u}r die Medizin dar. Infolgedessen ist die Entwicklung neuer Antiinfektiva mit neuen Angriffspunkten gegen resistente Pathogene zwingend n{\"o}tig, um mit bisherigen Resistenzen umgehen zu k{\"o}nnen. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Entwicklung und Synthese von kovalent (reversibel) bindenden Inhibitoren der Enoyl-ACP-Reduktase FabI (Staphylococcus aureus, Escherichia coli) und der Thiolase FadA5 (Mycobacterium tuberculosis). Beide Enzyme sind essenziell f{\"u}r das {\"U}berleben des jeweiligen Bakteriums. FabI ist ein wichtiges und geschwindigkeitsbestimmendes Schl{\"u}sselenzym der Fetts{\"a}uresynthese Typ II diverser Bakterien. Hierbei werden wichtige Phospholipide hergestellt, die f{\"u}r den Aufbau der Zellmembran n{\"o}tig sind. Schiebel et al. ist es gelungen, einen potenten Inhibitor f{\"u}r den Erreger S. aureus sowie E. coli zu entwickeln und zu charakterisieren. Ausgehend von dieser Verbindung wurde eine Substanzbibliothek mit verschiedenen „warheads" hergestellt. Hierbei wurde die Verkn{\"u}pfung zwischen dem Pyridon-Grundger{\"u}st und der elektrophilen Gruppe sowie die {\"u}ber den Ether verkn{\"u}pften aromatischen Ringsysteme variiert. Diese Verbindungen wurden hinsichtlich ihrer inhibitorischen Aktivit{\"a}t am jeweiligen Enzym getestet. Anschließend wurde von Verbindung 32 und 33, die jeweils eine gute Inhibition des Enzyms aufweisen, der IC50-Wert gemessen. Beide Verbindungen weisen eine 50-prozentige Reduktion der Enzymaktivit{\"a}t im mittleren nanomolaren Bereich auf. Zus{\"a}tzlich wurde Verbindung 32 in einem sogenannten „jump-dilution"-Assay auf kovalente Inhibition getestet. Durch dieses Experiment konnte eine kovalente Inhibition des Enzyms ausgeschlossen werden. Die Reaktivit{\"a}t der eingesetzten „warheads" wurde gegen{\"u}ber einem Tripeptid mittels eines LC/MS-Iontrap-Systems bestimmt. Die untersuchten Verbindungen zeigten keine signifikante Reaktion mit der im Tripeptid eingebauten nukleophilen Aminos{\"a}ure Tyrosin, deren Nukleophilie bei dem pH-Wert des Tests (pH = 8.2 und 10.8) nicht hoch genug ist. Um einen Einblick in den Bindemodus der Verbindungen zu erhalten, wurden ferner Kristallisationsversuche durchgef{\"u}hrt. Die erhaltenen Kristallstrukturen zeigen, dass die Verbindungen mit dem gew{\"u}nschten Bindemodus am Zielenzym binden, aber eine kovalente Modifizierung des Tyrosins146 durch die eingesetzten „warheads" aufgrund der großen Entfernung (6 {\AA} zwischen elektrophiler Gruppe und Tyrosin146), unwahrscheinlich ist. Zus{\"a}tzlich wurden die physikochemischen Eigenschaften (Stabilit{\"a}t, Wasserl{\"o}slichkeit und logP) der Verbindung 32 sowie Verbindung 33 charakterisiert. M. tuberculosis ist der Erreger der global verbreiteten Infektionskrankheit Tuberkulose (TB), die zu den zehn h{\"a}ufigsten Todesursachen weltweit geh{\"o}rt. Das Bakterium kann das im menschlichen K{\"o}rper vorkommende Cholesterol metabolisieren und nutzt dessen Abbauprodukte als wichtige Kohlenstoffquelle. Die Thiolase FadA5 ist bei diesem Abbau ein wichtiges Enzym und konnte als potenzielles innovatives Target f{\"u}r neue Antibiotika definiert werden. Durch Dockingstudien konnten zwei potenzielle Leitstrukturen als Inhibitoren der Thiolase FadA5 identifiziert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die vorgeschlagenen Strukturen mit dem gew{\"u}nschten „warhead" synthetisiert und hinsichtlich ihrer inhibitorischen Aktivit{\"a}t gegen{\"u}ber dem Enzym untersucht. Die Zielverbindungen zeigen keine signifikante Hemmung sowie kovalente Bindung {\"u}ber die eingesetzten „warheads" an die Thiolase FadA5.},
  subject      = {Enoyl-acyl-carrier-protein-Reductase<Enoyl-[acyl-carrier-protein]-Reductase>},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Waltenberger2012,
  author    = {Waltenberger, Constanze Ricarda Maria},
  title     = {Virtuelles Screening nach einer neuen Inhibitorklasse der Enoyl-ACP-Reduktase InhA aus Mycobacterium tuberculosis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73736},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die Zahl der Tuberkuloseerkrankungen ist in den letzten Jahrzehnten weltweit gestiegen. Da es an innovativen Antituberkulotika mangelt, werden nach wie vor Medikamente der ersten Generation eingesetzt. Das wachsende Problem sind multi-resistente und extrem-resistente Bakterienst{\"a}mme, die kaum oder gar nicht auf die medikament{\"o}se Therapie ansprechen. Charakteristisch f{\"u}r M. tuberculosis ist eine dicke Zellwand. Der Aufbau der Zellwand erm{\"o}glicht es dem Bakterium in den Makrophagen zu persistieren und sich dort zu vermehren. Die Zellwand ist reich an Mykols{\"a}uren und so wenig durchl{\"a}ssig f{\"u}r Fremdstoffe. Das mykobakterielle Zellwandskelett kann man in zwei Teile unterteilen, den Zellwandkern und die {\"a}ußere Lipidh{\"u}lle. Die freien Lipide der {\"a}ußeren Lipidh{\"u}lle dienen als Signalmolek{\"u}le im Krankheitsverlauf und interkalieren mit den Mykols{\"a}uren des Zellwandkerns. M. tuberculosis besitzt f{\"u}r die Fetts{\"a}urebiosynthese zwei Enzymkomplexe: Die Typ-I-Fetts{\"a}uresynthase, die auch in S{\"a}ugetieren zu finden ist, produziert Fetts{\"a}uren von C16- bis C26-Kettenl{\"a}nge, die dann in der Typ-II-Fetts{\"a}uresynthase (FAS-II) zu Meromykols{\"a}uren verl{\"a}ngert werden. Im Synthesezyklus des FAS-II sind mehrere monofunktionale Enzyme hintereinander geschaltet. Wird eines dieser Enzyme in seiner Funktion gest{\"o}rt, kumulieren Zwischenprodukte und ben{\"o}tigte Zellwandlipide k{\"o}nnen nicht synthetisiert werden. In der Folge wird die Zellwand instabil und das Bakterium stirbt. Die mykobakterielle Lipidbiosynthese ist somit ein ideales Target f{\"u}r die Entwicklung neuer Antituberkulotika. Ziel dieser Arbeit war es, eine neue Inhibitorklasse des FAS-II Enzyms InhA des M. tuberculosis mittels virtuellem Screening zu finden. F{\"u}r das virtuelle Screening wurden drei aufeinander aufbauende Pharmakophorhypothesen entwickelt und mit diesen zwei unabh{\"a}ngige Datenbanken durchsucht. Als Grundlage f{\"u}r die Berechnungen des virtuellen Screenings diente die PDB R{\"o}ntgenkristallstruktur 2h7m mit dem Liganden 1-Cyclohexyl-N-(3,5-dichlorophenyl)-5-oxopyrrolidin-3-carboxamid. F{\"u}r die Erstellung der Pharmakophorhypothesen wurden zuerst die Strukturen des Enzyms mit und ohne Ligand bez{\"u}glich ihrer Konformationsunterschiede vor allem im Bereich der Bindetasche analysiert. Als n{\"a}chstes wurden die Wechselwirkungen des Liganden mit den Aminos{\"a}uren der Bindetasche und dem Cofaktor n{\"a}her analysiert und die verschiedenen Wechselwirkungsarten hinsichtlich ihrer Relevanz f{\"u}r eine inhibitorische Aktivit{\"a}t beurteilt. Schließlich wurde eine Bindetaschenanalyse durchgef{\"u}hrt und Hotspots f{\"u}r unterschiedliche chemische Funktionalit{\"a}ten berechnet. F{\"u}r das Datenbankenscreening wurden das ZINC 'drug-like' Subset (2005) und CCGs MOE 2006 Vendor Compound 3D Collection verwendet, beides Datenbanken exklusiv kommerziell erh{\"a}ltlicher Verbindungen. Das ZINC 'drug-like' Subset wurde {\"u}ber einen f{\"u}r InhA individuell angepassten hierarchischen Filter numerisch reduziert. Von den verbleibenden Verbindungen wurde eine Konformerendatenbank berechnet. Die MOE 2006 Vendor Compound 3D Collection lag bereits als Konformerendatenbank vor und wurde f{\"u}r das Screening 'as-is' verwendet. Mit den Pharmakophorhypothesen I und II wurde das reduzierte ZINC 'drug-like' Subset gescreent. F{\"u}r die Treffer wurden Fingerprints berechnet, sie danach mithilfe des Tanimotokoeffizienten nach ihrer {\"A}hnlichkeit in Cluster eingeteilt und visuell analysiert; 149 Verbindungen wurden f{\"u}r die Dockingsimulationen ausgew{\"a}hlt. Die MOE Konformerendatenbank wurde ebenso {\"u}ber einen f{\"u}r InhA individuell angepassten hierarchischen Filter numerisch reduziert und mit der Pharmakophorhypothese III gescreent, 28 Verbindungen wurden f{\"u}r die Dockingsimulationen ausgew{\"a}hlt. Die Dockingsimulationen wurden mit den Programmen MOE Dock und Autodock durchgef{\"u}hrt. Die Ergebnisse wurden numerisch ausgewertet und innerhalb der Bindetasche relativ zur jeweiligen zugrunde liegenden Pharmakophorhypothese visuell analysiert; 27 Substanzen wurden schließlich f{\"u}r die Testungen ausgew{\"a}hlt. Die Testungen erfolgten mit einem enzymatischen Assay und einem Assay an attenuierten M. tuberculosis F{\"u}r die Etablierung des enzymatischen Assays wurde das Enzym InhA mittels Vektortransformation in E. coli {\"u}berexprimiert und s{\"a}ulenchromatographisch aufgereinigt. Das Substrat 2-trans-Octenoyl-Coenzym A wurde synthetisiert. Von den 27 ausgew{\"a}hlten Substanzen waren 9 im Handel erh{\"a}ltlich und wurden schließlich auf ihre inhibitorische Aktivit{\"a}t getestet. Es wurden ein Thiazolidin-2,4-dion, ein 2-Thioxoimidazolidin-4-on und ein Sulfonamid als aktive Substanzen gefunden.},
  subject      = {Screening},
  language  = {de}
}