Mobiele menu

New intervention strategy for tuberculosis: blocking multiple essential targets

Projectomschrijving

Mycobacterium tuberculose is de veroorzaker van tuberculose (tbc), een ziekte die verantwoordelijk is voor bijna 1,5 miljoen sterfgevallen per jaar. In de afgelopen jaren zien we een grote toename van verschillende antibiotica-resistente stammen, waardoor de ontdekking van nieuwe geneesmiddelen een belangrijke prioriteit is geworden. Een belangrijk nadeel van de meeste bestaande en nieuwe tbc-antibiotica is dat ze gericht zijn op één enkel molecuul, wat de kans op resistentieontwikkeling aanzienlijk vergroot. In dit project hebben we ons gericht op type VII secretie (T7S) systemen als veelbelovende nieuwe aangrijpingspunten voor antibiotica. T7S-systemen worden door M. tuberculose gebruikt om eiwitten uit te scheiden. Interessant is dat de tuberkelbacil verschillende T7S-systemen produceert, waarvan er drie essentieel zijn voor de levensvatbaarheid of de virulentie van de bacterie. Om T7S-systemen aan te pakken, hebben we een cel-gebaseerde secretie test ontwikkeld. Met behulp van deze test zijn we erin geslaagd om vijf nieuwe klassen van kleine moleculen te identificeren die de secretie remmen, terwijl T7S-onafhankelijke eiwitten nog steeds werden geproduceerd. We hebben vervolgens een van deze moleculen geoptimaliseerd om stoffen te identificeren die werken in hele lage hoeveelheden. Sommige van deze stoffen zorgen er voor dat de bacterie bestreden wordt op de plek waar het belangrijk is, namelijk in geïnfecteerde gastheer cellen en in geïnfecteerde dieren. Het doel is nu om het middel verder te optimaliseren.

ENGLISH

Mycobacterium tuberculosis is the causative agent of tuberculosis (TB), a disease responsible for almost 1.5 million deaths per year. In recent years, different classes of drug resistant strains have emerged, making the discovery of novel tuberculostatic drugs a major priority. A major disadvantage of most existing and new TB compounds is that they target a single molecule, which significantly increases the chance of resistance development. In this project, we have focused on type VII secretion (T7S) systems as promising new drug targets. T7S systems are used by M. tuberculosis to secrete proteins across the outer membrane. Interestingly, the tubercle bacillus produces several different T7S systems, three of which are essential for viability or virulence. To target T7S systems, we have developed a whole cell-based secretion activity assay. Using this assay we succeeded to identify five new classes of small molecules that inhibit the secretion, while T7S-independent proteins were still produced. We used hit-to-lead optimization to identify compounds that work in the micromolar range. Importantly, we have identified compounds that show activity in infected host cells and in infected animals. We are now pursuing the best compounds to produce a lead compound.

Producten

Titel: iniBACinduction Is Vitamin B12- and MutAB-dependent inMycobacterium marinum
Auteur: Boot, Maikel, Sparrius, Marion, Jim, Kin Ki, Commandeur, Susanna, Speer, Alexander, van de Weerd, Robert, Bitter, Wilbert
Magazine: Journal of Biological Chemistry

Verslagen


Eindverslag

Mycobacterium tuberculose is de veroorzaker van tuberculose (tbc), een ziekte die verantwoordelijk is voor bijna 1,5 miljoen sterfgevallen per jaar. In de afgelopen jaren zien we een grote toename van verschillende antibiotica-resistente stammen, waardoor de ontdekking van nieuwe geneesmiddelen een belangrijke prioriteit is geworden. Een belangrijk nadeel van de meeste bestaande en nieuwe tbc-antibiotica is dat ze gericht zijn op één enkel molecuul, wat de kans op resistentieontwikkeling aanzienlijk vergroot. In dit project hebben we ons gericht op type VII secretie (T7S) systemen als veelbelovende nieuwe aangrijpingspunten voor antibiotica. T7S-systemen worden door M. tuberculose gebruikt om eiwitten uit te scheiden. Interessant is dat de tuberkelbacil verschillende T7S-systemen produceert, waarvan er drie essentieel zijn voor de levensvatbaarheid of de virulentie van de bacterie. Om T7S-systemen aan te pakken, hebben we een cel-gebaseerde secretie test ontwikkeld. Met behulp van deze test zijn we erin geslaagd om vijf nieuwe klassen van kleine moleculen te identificeren die de secretie remmen, terwijl T7S-onafhankelijke eiwitten nog steeds werden geproduceerd. We hebben vervolgens een van deze moleculen geoptimaliseerd om stoffen te identificeren die werken in hele lage hoeveelheden. Sommige van deze stoffen zorgen er voor dat de bacterie bestreden wordt op de plek waar het belangrijk is, namelijk in geïnfecteerde gastheer cellen en in geïnfecteerde dieren. Het doel is nu om het middel verder te optimaliseren.

Mycobacterium tuberculosis is de veroorzaker van tuberculose (TB), een ziekte die bijna 1,3 miljoen mensen ieder jaar het leven kost. Met het noTBsec project zullen we moleculen identificeren die zijn gericht tegen meerdere homologe doelwitten van de tuberkelbacterie. De theorie hierachter is dat, door het blokkeren van meerdere homologe doelwitten met een enkel molecuul, we de ontwikkeling van resistentie aanzienlijk kunnen verminderen. We hebben gekozen voor het type VII secretie (T7S) systemen als doelwit. Met behulp van T7S systemen worden door M. tuberculosis eiwitten uitgescheiden naar het celoppervlak of in de gastheer. Interessant is dat deze bacterie verschillende T7S systemen heeft, waarvan er drie essentieel zijn voor de levensvatbaarheid of virulentie van de bacterie. Om T7S systemen te kunne uitschakelen, benutten we de gedetailleerde kennis van T7S systemen die onlangs is gegenereerd binnen het consortium. Om de activiteit van onze nieuwe moleculen te verhogen, zullen we ook moleculen zoeken die synergetisch werken. Dit doen we door gebruik te maken van alle bekende antibiotica en andere FDA-goedgekeurde geneesmiddelen. Vervolgens zullen (combinaties van) moleculen in vivo worden getest in een diermodel voor de activiteit, de toxiciteit en de ontwikkeling van resistentie. We zijn erin geslaagd om een reproduceerbare en betrouwbare high-throughput screen op te zetten voor een van deze T7S systemen en hebben deze screen gebruikt om meer dan 30.000 verschillende moleculen te testen. Na twee extra stappen hebben we nu 54 moleculen geïdentificeerd die goed de secretie remmen met een relatief lage concentratie. Deze verbindingen zijn inmiddels besteld en zullen in meer detail onderzocht worden.

Samenvatting van de aanvraag

Mycobacterium tuberculosis is the causative agent of tuberculosis (TB), a disease responsible for almost 1.3 million deaths per year. In recent years, different classes of drug resistant M. tuberculosis strains have emerged, making the discovery of novel anti-TB drugs a major global priority. This awareness has resulted in several new initiatives to find new (classes of) antimicrobial compounds. One of these initiatives is NM4TB, a consortium containing two noTBsec members, which discovered the benzothiazinones as promising new antimycobacterial compounds. A major disadvantage of most existing and new TB compounds is that they target a single molecule, which significantly increases the chance that resistant strains will emerge. In this project, we will address this problem by identifying compounds that target multiple type VII secretion (T7S) systems. T7S systems are used by M. tuberculosis to secrete proteins across the cell envelope to the cell surface or into the host environment. Interestingly, this bacterium has several different T7S systems, three of which are essential for viability or virulence. We predict that, by blocking multiple T7S systems with a single compound, we will considerably reduce the development of drug resistance. To target T7S systems, we will use two complementary approaches to identify: (i) secretion blockers based on secretion activity assays and (ii) compounds designed to target specific T7S components. As proof of principle, we have already successfully used the first approach to identify two different classes of compounds that block T7S systems. Importantly, one of these compounds significantly reduced mycobacterial growth in vivo. For the second approach we will exploit the detailed knowledge of T7S systems that has been recently generated within the consortium, including structures of several crucial druggable components. To increase the activities of our secretion-blocking compounds, we will also identify compounds that act synergistically with them from libraries of antibiotics and other FDA-approved drugs. Subsequently (combinations of) compounds will be tested in vivo in a high throughput animal model for activity, toxicity and resistance development. Together, these experiments will identify molecules inhibiting T7S secretion. These will be used to test the concept that by inactivating multiple essential targets, the emergence of drug resistance is reduced.

Onderwerpen

Kenmerken

Projectnummer:
205400003
Looptijd: 100%
Looptijd: 100 %
2015
2018
Onderdeel van programma:
Gerelateerde subsidieronde:
Projectleider en penvoerder:
Prof. dr. W. Bitter
Verantwoordelijke organisatie:
Amsterdam UMC - locatie VUmc