Structure-guided development of fungal specific calcineurin inhibitors

真菌特异性钙调神经磷酸酶抑制剂的结构引导开发

基本信息

  • 批准号:
    10064184
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.76万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-01 至 2023-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract Systemic fungal infections in immunocompromised patients have exceedingly high mortality rates. Current antifungal drugs are not sufficient to protect patients from increasing antifungal resistance and a need for new antifungals is now clearer than ever. However, similarities between targets in these eukaryotic pathogens and their human hosts have made the development of new antifungal drugs challenging. The natural product FK506 inhibits the serine-threonine specific protein phosphatase calcineurin in both fungi and humans by binding to the immunophilin FKBP12 and subsequently binding to calcineurin. In the pathogenic fungi Cryptococcus neoformans, Candida albicans, and Aspergillus fumigatus, calcineurin is a key virulence factor required for growth at human body temperature, growth in serum, and the yeast-hyphal dimorphic transition, respectively. In humans, calcineurin is required for T-cell activation and IL-2 production. In fact, FK506 is used clinically as a potent immunosuppressant. Although fungal and mammalian calcineurin and FKBP12 are highly conserved, we have recently identified key amino acid differences in the 80s loop of FKBP12 that are located at the FKBP12- FK506-calcineurin interface. A recently developed FK506 analog, APX879, is modified at a single moiety of FK506 (C22 keto oxygen) that approaches the FKBP12 80s loop. This analog exhibits significantly reduced immunosuppressive activity yet retains antifungal activity in vitro and in an animal model of cryptococcosis. Our central hypothesis is that with structure-guided rational design, FK506 analog calcineurin inhibitors can be generated with increased fungal specificity by introducing differential interactions in the 80s loop of FKBP12. In Aim 1, a defined library of FK506 analogs will be designed and synthesized based on the predicted interactions with known crystal structures for the calcineurin ternary complexes from fungi and mammals. The structure- activity relationship will then be determined by testing the spectrum of antifungal activity and the immunosuppressive activity of this library. In Aim 2 lead compounds will be tested for in vivo efficacy in murine models of cryptococcosis and in vivo immunosuppression. By defining the small molecule interactions between calcineurin, FKBP12, and FK506, compounds will be developed that shift the efficacy of calcineurin inhibition in vivo into the therapeutic window of higher antifungal activity and reduced immunosuppressive activity.
抽象的 免疫功能低下患者的全身真菌感染的死亡率极高。 当前的抗真菌药物不足以保护患者免受抗真菌抗性的增加,并且需要 对于新抗真菌剂来说,现在比以往任何时候都更加清晰。但是,这些真核病原体中的靶标之间的相似性 他们的人类宿主使新的抗真菌药物的开发充满挑战。天然产品 FK506通过结合抑制真菌和人类中丝氨酸特异性蛋白磷酸酶钙调蛋白 到免疫蛋白FKBP12,随后与钙调神经蛋白结合。在致病真菌中 Neoformans,Candida albicans和Aspergillus Fumigatus,钙调神经酶是需要的关键毒力因子 人体温度的生长,血清的生长和酵母菌二态转变。在 人类,钙调蛋白是T细胞激活和IL-2产生所必需的。实际上,FK506在临床上用作 有效的免疫抑制剂。尽管真菌和哺乳动物钙调神经酶和FKBP12是高度保守的,但我们 最近已经确定了位于FKBP12-的80年代FKBP12环路中的关键氨基酸差异 FK506-钙化蛋白界面。最近开发的FK506模拟APX879在单个部分中进行了修改 接近FKBP12 80S环的FK506(C22酮氧)。该模拟表现出明显减少 免疫抑制活性却保留了体外和隐球菌动物模型的抗真菌活性。我们的 中心假设是,通过结构引导的有理设计,FK506模拟钙调神经蛋白抑制剂可以是 通过在FKBP12的80年代环中引入差异相互作用,以增加真菌特异性产生。在 AIM 1,将根据预测的相互作用设计和合成FK506类似物的定义库 带有来自真菌和哺乳动物的钙调神经蛋白三元复合物的已知晶体结构。结构 - 然后,将通过测试抗真菌活性和 该图书馆的免疫抑制活动。在AIM 2中,将测试鼠的体内功效 隐球菌病和体内免疫抑制的模型。通过定义小分子之间的相互作用 钙调神经酶,FKBP12和FK506,将开发出可以改变钙调神经素抑制作用的化合物 体内进入较高抗真菌活性和免疫抑制活性降低的治疗窗口。

项目成果

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