Neue wasserlösliche Cystein-Protease-Inhibitoren mit Aziridin-2,3-dicarbonsäure-Baustein

Die Leishmaniose gehört zu den „vernachlässigten tropischen Erkrankungen“. Sie wird durch parasitäre Protozoen der Gattung Leishmania ausgelöst. Weltweit sind ca. 12 Mio. Menschen infiziert, ca. 70 Tausend erliegen ihr jährlich. Die aktuelle Therapie wird überschattet von Toxizitäts- und Teratogenitätsproblemen und von aufkommenden Resistenzen. Die von den Leishmanien exprimierten Cysteinproteasen spielen vielfältige Rollen bei Wachstum und Vermehrung der Erreger. Aufgrund der evolutionären Verwandtschaft der Enzyme sind die parasitären Cysteinproteasen strukturell den humanen sehr ähnlich. Die Herausforderung bei der Entwicklung antiparasitärer Wirkstoffe, basierend auf der Hemmung dieser Proteasen, besteht deshalb darin, sehr selektive Inhibitoren zu entwickeln, die die Wirtsproteasen nicht, oder nur in einem vertretbaren Rahmen, inhibieren. Das Ziel dieser Arbeit war die Weiterentwicklung der Aziridin-2,3-dicarbonsäure-basierten Cysteinproteaseinhibitoren RV122C bzw. CS09 hinsichtlich Selektivität und Aktivität gegenüber der parasitären Cathepsin-L-ähnlichen Cystein-Protease LmCPB2.8 durch Design, incl. Docking, Synthese und Testung. Neben der gezielten Variation nicht essenzieller Gruppen wurde molekulares Docking mittels AutoDock Vina an Cruzain als verwandtes Modellenzym durchgeführt, um durch Variationen K.O.-Kandidaten für die Differenzierung zwischen zwei postulierten Bindungsmodi zu finden. Die Ergebnisse der Enzymassays zeigen eine Verbesserung der Hemmeigenschaften bei gleichzeitig verbesserter Selektivität sowie erhöhter ligand efficiency und ligand lipophilic efficiency für Derivate mit sterisch anspruchsvolleren Ester-Resten und für Derivate mit einer freien Carbonsäurefunktion am Aziridin-Ring (Halbester).

Leishmaniasis is one of the „neglected tropical diseases“. It is caused by parasitic protozoa of the genus Leishmania. Worldwide approximately 12 million people are infected, with about 70 thousand deaths every year. The current therapy is overshadowed by toxicity, teratogenicity and emerging drug resistancies. The cysteine proteases expressed by Leishmania are essential for growth and replication of the parasites. The parasitic cysteine proteases are structurally very similar to the human ones because of their evolutionary relatedness. Therefore, the challenge in the development of anti-parasitic drugs based on the inhibition of these proteases is to develop highly selective inhibitors that do not, or only weakly inhibit host proteases. The aim of this work was the optimization of the aziridine-2,3-dicarboxylate-based cysteine protease inhibitors RV122C and CS09 regarding their affinity and selectivity against the parasitic cathepsin L-like cysteine protease LmCPB2.8 by design, incl. molecular docking, synthesis and testing. In addition to the variation of groups which are not necessary for productive interactions with the enzyme molecular docking was performed using AutoDock Vina and cruzain which served as a related model enzyme. The aim was to determine knockout candidates to distinguish between two possible binding modes. The results of the enzyme assays show increased activity with improved selectivity, increased ligand efficiency and increased lipophilic ligand efficiency for derivatives with bulky large ester groups and the derivatives with a free carboxylic acid at the aziridine ring.