Identifikation chemischer Inhibitoren für den caseinolytischen Protease Komplex ClpXP und Untersuchung der biologischen Aktivität
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt startete planmäßig mit der Synthese einer Reihe von Verbindungen, die sich aus den Daten der Kokristallstruktur ableiteten (rational und virtual docking) und führte dabei zu dem potentesten ClpP Inhibitoren, der bis dato bekannt war. Diese Verbindung war in der Lage die Aktivität von ClpP bei substoichiometrichen Konzentrationen vollständig auszuschalten und wies zu dem eine gute Stabilität in Plasma auf, was eine große Schwäche der ersten Generation von beta-Lacton basierten ClpP Inhibitoren gewesen ist. Zu unserer großen Enttäuschung zeigte diese potente Verbindung allerdings keinen Effekt auf die Virulenz von S. aureus. Nähere Untersuchungen ergaben dann die Erklärung: ClpX, das Chaperon welches an ClpP bindet und für die Substraterkennung und Entfaltung verantwortlich ist, übt eine konformationelle Kontrolle über ClpP aus, welches diese in den aktiven, nicht-inhibierten Zustand zwingt. Dadurch wurde der reversibel bindende Inhibitor aus dem aktiven Zentrum verdrängt und eine nachhaltige Blockade von ClpXP kann daher in Zellen mit ClpP und ClpX nicht erreicht werden. Hierbei zeigt sich ein entscheidender Nachteil der Reversibilität für diesen neu aufgeklärten Bindungsmechanismus. Leider konnte daran auch die Synthese größerer Inhibitoren mit sterisch anspruchsvollen Gruppen und einer besseren Ausfüllung der ClpP Taschen nichts ändern. Auch wenn diese Arbeit nicht zum gewünschten Inhibitor der bakteriellen Virulenz geführt hat, so sind die Implikationen für die Entwicklung signifikant und die Lehern daraus wurden sogleich im nächsten Projektteil umgesetzt. Hierbei handelt es sich um den im Antrag beschriebenen HTS screen am FMP in Berlin für ClpXP Inhibitoren. Für diesen wurde zunächst ein robuster Screen etabliert und danach 40.000 compounds untersucht. Hierbei gelang die Identifikation eines komplett neuen ClpX inhibitors, der in der Lage ist auch den proteolytischen Gesamtkomplex auszuschalten. Im Zuge dessen konnte auch, wie gewünscht, die Virulenz von S. aureus gesenkt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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"Reversible inhibitors arrest ClpP in a defined conformational state that can be revoked by ClpX association", Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 15892-15896
Pahl, A., Lakemeyer, M., Vielberg, M.-T., Hackl, M.W., Vomacka, J., Korotkov, V.S., Stein, M., Fetzer, C., Lorenz-Baath, K., Richter, K., Waldmann, H., Groll, M., Sieber, S.A.
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"A Chemical Disruptor of the ClpX Chaperone Complex Attenuates the Virulence of Multidrug-Resistant Staphylococcus aureus", Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 15746-15750
Fetzer, C., Korotkov, V.S., Thänert, R., Lee, K.M., Neuenschwander, M., von Kries, J.P., Medina, E., Sieber, S.A.
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PCT/EP2017/083568 ClpX inhibitory for the treatment of multiresistant Staphylococcus aureus virulence
C. Fetzer, V. Korotkov und S. Sieber
