Susceptibility of clinical isolates of Leishmania aethiopica to miltefosine, paromomycin, amphotericin B and sodium stibogluconate using amastigote-macrophage in vitro model.

Cutaneous Leishmaniasis (CL) caused by Leishmania aethiopica is a public health and social problem with a sequel of severe and mutilating skin lesions. It is manifested in three forms: localized CL (LCL), mucosal CL (MCL) and diffuse CL (DCL). Unresponsiveness to sodium stibogluconate (Sb(V)) is common in Ethiopian CL patients. Using the amastigote-macrophage in vitro model the susceptibility of 24 clinical isolates of L. aethiopica derived from untreated patients was investigated. Eight strains of LCL, 9 of MCL, and 7 of DCL patients together with a reference strain (MHOM/ET/82/117/82) were tested against four antileishmanial drugs: amphotericin B, miltefosine, Sb(V) and paromomycin. In the same order of drugs, IC(50) (μg/ml±SD) values for the 24 strains tested were 0.16±0.18, 5.88±4.79, 10.23±8.12, and 13.63±18.74. The susceptibility threshold of isolates originating from the 3 categories of patients to all 4 drugs was not different (p>0.05). Maximal efficacy was superior for miltefosine across all the strains. Further susceptibility test could validate miltefosine as a potential alternative drug in cases of sodium stibogluconate treatment failure in CL patients.

Is paromomycin an effective and safe treatment against cutaneous leishmaniasis? A meta-analysis of 14 randomized controlled trials.

BACKGROUND: High cost, poor compliance, and systemic toxicity have limited the use of pentavalent antimony compounds (SbV), the treatment of choice for cutaneous leishmaniasis (CL). Paromomycin (PR) has been developed as an alternative to SbV, but existing data are conflicting. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: We searched PubMed, Scopus, and Cochrane Central Register of Controlled Trials, without language restriction, through August 2007, to identify randomized controlled trials that compared the efficacy or safety between PR and placebo or SbV. Primary outcome was clinical cure, defined as complete healing, disappearance, or reepithelialization of all lesions. Data were extracted independently by two investigators, and pooled using a random-effects model. Fourteen trials including 1,221 patients were included. In placebo-controlled trials, topical PR appeared to have therapeutic activity against the old world and new world CL, with increased local reactions, when used with methylbenzethonium chloride (MBCL) compared to when used alone (risk ratio [RR] for clinical cure, 2.58 versus 1.01: RR for local reactions, 1.60 versus 1.07). In SbV-controlled trials, the efficacy of topical PR was not significantly different from that of intralesional SbV in the old world CL (RR, 0.70; 95% confidence interval, 0.26-1.89), whereas topical PR was inferior to parenteral SbV in treating the new world CL (0.67; 0.54-0.82). No significant difference in efficacy was found between parenteral PR and parenteral SbV in the new world CL (0.88; 0.56-1.38). Systemic side effects were fewer with topical or parenteral PR than parenteral SbV. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Topical PR with MBCL could be a therapeutic alternative to SbV in selected cases of the old world CL. Development of new formulations with better efficacy and tolerability remains to be an area of future research.

Randomised controlled trial of aminosidine (paromomycin) v sodium stibogluconate for treating visceral leishmaniasis in North Bihar, India

Objectives: To assess the efficacy and tolerability of aminosidine compared with sodium stibogluconate for treating visceral leishmaniasis.

Therapeutic trial in experimental tegumentary leishmaniasis caused by Leishmania (Leishmania) amazonensis. A comparative study between mefloquine and aminosidine

One hundred and eighty-two male inbred C57/BL/6 mice were infected with 3 x 106 Leishmania (Leishmania) amazonensis promastigotes of the MHOM/BR/PH8 strain by means of a subcutaneous injection in the right ear. The animals were separated in three groups: 1) oral mefloquine hydrochloride treatment (16mg/kg/day/10 days), 2) intramuscular aminosidine (Paromomycin®) treatment (20mg/kg/20 days) and 3) control. Twenty six mice of each treated group were sacrificed, one at the end of treatment (nine weeks after inoculation), and one six weeks later (fifteen weeks after inoculation). Control Group animals were sacrificed at weeks six, nine and fifteen after inoculation. There was no significant difference between Group 1 (mefloquine) and Group 3 (control) subjects. Group 2 animals (aminosidine) presented the smallest differences of all, both at the end of the treatment and six weeks later. The histopato-logical parameters have shown the following findings: a) there was no significant difference between the mefloquine treated group and the control group; the group treated with aminosidine showed fewer of vacuolated macrophages than the control group, at week 9 (end of treatment). b) both at the end of treatment and six weeks later, evaluation of tissue necrosis and tissue fibrosis revealed no differences between the treated groups. It was found that six weeks after the end of treatment, mice in the control group presented significantly more severe degrees of fibrosis than mice in the other groups. It can be concluded that mefloquine showed limited therapeutic effect in this experimental model, whereas aminosidine had a significant effect. Nevertheless, neither of them resulted in cure of the lesions.

Semisynthetic aminoglycoside antibiotics : toward biomimetic synthesis, evasion of bacterial resistance and reduced toxicity

Les antibiotiques aminoglycosidiques sont des agents bactéricides de grande valeur et d’efficacité à large spectre contre les pathogènes Gram-positifs et Gram-négatifs, dont plusieurs membres naturels et semisynthétiques sont importants dans l’histoire clinique depuis 1950. Des travaux crystallographiques sur le ribosome, récompensés par le prix Nobel, ont démontré comment leurs diverses structures polyaminées sont adaptées pour cibler une hélice d’ARN dans le centre de codage de la sous-unité 30S du ribosome bactérien. Leur interférence avec l’affinité et la cinétique des étapes de sélection et vérification des tARN induit la synthèse de protéines à basse fidélité, et l’inhibition de la translocation, établissant un cercle vicieux d’accumulation d’antibiotique et de stress sur la membrane. En réponse à ces pressions, les pathogènes bactériens ont évolué et disséminé une panoplie de mécanismes de résistance enzymatiques et d’expulsion : tels que les N acétyltransférases, les O phosphotransférases et les O nucleotidyltransférases qui ciblent les groupements hydroxyle et amino sur le coeur des aminoglycosides; des méthyl-transférases, qui ciblent le site de liaison ribosomale; et des pompes d’expulsion actives pour l’élimination sélective des aminoglycosides, qui sont utilisés par les souches Gram-négatives. Les pathogènes les plus problématiques, qui présentent aujourd’hui une forte résilience envers la majorité des classes d’antibiotiques sur le bord de la pan-résistance ont été nommés des bactéries ESKAPE, une mnémonique pour Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa et Enterobacteriaceae. La distribution globale des souches avec des mécanismes de résistance envers les standards cliniques aminoglycosides, tels que la tobramycine, l’amikacine et la gentamicine, est comprise entre 20 et 60% des isolées cliniques. Ainsi, les aminoglycosides du type 4,6-disubstitués-2-deoxystreptamine sont inadéquats comme thérapies anti-infectieuses à large spectre. Cependant, la famille des aminoglycosides 4,5-disubstitués, incluant la butirosine, la neomycine et la paromomycine, dont la structure plus complexe, pourrait constituter une alternative. Des collègues dans le groupe Hanessian et collaborateurs d’Achaogen Inc. ont démontré que certains analogues de la paraomomycine et neomycine, modifiés par désoxygénation sur les positions 3’ et 4’, et par substitution avec la chaîne N1-α-hydroxy-γ-aminobutyramide (HABA) provenant de la butirosine, pourrait produire des antibiotiques très prometteurs. Le Chapitre 4 de cette dissertation présente la conception et le développement d’une stratégie semi-synthétique pour produire des nouveaux aminoglycosides améliorés du type 4,5 disubstitués, inspiré par des modifications biosynthétiques de la sisomicine, qui frustrent les mécanismes de résistance bactérienne distribuées globalement. Cette voie de synthèse dépend d’une réaction d’hydrogénolyse de type Tsuji catalysée par palladium, d’abord développée sur des modèles monosaccharides puis subséquemment appliquée pour générer un ensemble d’aminoglycosides hybrides entre la neomycine et la sisomicine. Les études structure-activité des divers analogues de cette nouvelle classe ont été évaluées sur une gamme de 26 souches bactériennes exprimant des mécanismes de résistance enzymatique et d’expulsion qui englobe l’ensemble des pathogènes ESKAPE. Deux des antibiotiques hybrides ont une couverture antibacterienne excellente, et cette étude a mis en évidence des candidats prometteurs pour le développement préclinique. La thérapie avec les antibiotiques aminoglycosidiques est toujours associée à une probabilité de complications néphrotoxiques. Le potentiel de toxicité de chaque aminoglycoside peut être largement corrélé avec le nombre de groupements amino et de désoxygénations. Une hypothèse de longue date dans le domaine indique que les interactions principales sont effectuées par des sels des groupements ammonium, donc l’ajustement des paramètres de pKa pourrait provoquer une dissociation plus rapide avec leurs cibles, une clairance plus efficace et globalement des analogues moins néphrotoxiques. Le Chapitre 5 de cette dissertation présente la conception et la synthèse asymétrique de chaînes N1 HABA β substitutées par mono- et bis-fluoration. Des chaînes qui possèdent des γ-N pKa dans l’intervalle entre 10 et 7.5 ont été appliquées sur une neomycine tétra-désoxygénée pour produire des antibiotiques avancés. Malgré la réduction considérable du γ N pKa, le large spectre bactéricide n’a pas été significativement affecté pour les analogues fluorés isosteriques. De plus, des études structure-toxicité évaluées avec une analyse d’apoptose propriétaire d’Achaogen ont démontré que la nouvelle chaîne β,β difluoro-N1-HABA est moins nocive sur un modèle de cellules de rein humain HK2 et elle est prometteuse pour le développement d’antibiotiques du type neomycine avec des propriétés thérapeutiques améliorées. Le chapitre final de cette dissertation présente la proposition et validation d’une synthèse biomimétique par assemblage spontané du aminoglycoside 66-40C, un dimère C2 symétrique bis-imine macrocyclique à 16 membres. La structure proposée du macrocycle a été affinée par spectroscopie nucléaire à un système trans,trans-bis-azadiène anti-parallèle. Des calculs indiquent que l’effet anomérique de la liaison α glycosidique entre les anneaux A et B fournit la pré-organisation pour le monomère 6’ aldéhydo sisomicine et favorise le produit macrocyclique observé. L’assemblage spontané dans l’eau a été étudié par la dimérisation de trois divers analogues et par des expériences d’entre croisement qui ont démontré la généralité et la stabilité du motif macrocyclique de l'aminoglycoside 66-40C.

Conception et synthèse d’aminoglycosides semi-synthétiques

Plusieurs aminoglycosides font partie d’une famille d’antibiotiques à large spectre d’action. Les aminoglycosides ayant une activité antibiotique viennent interférer dans la synthèse protéique effectuée par les bactéries. Les protéines mal codées entraineront la mort cellulaire. Au fil des années, de nombreux cas de résistance ont émergé après une utilisation soutenue des aminoglycosides. De nombreux aminoglycosides semi-synthétiques ont été synthétisés avec comme objectif de restaurer leur activité antimicrobienne. Parmi les modifications ayant connu du succès, notons la didésoxygénation d’un diol et l’introduction de la chaine latérale HABA. Des études précédentes ont montré l’efficacité de ces modifications sur les aminoglycosides. Les présents travaux portent sur l’installation de la chaine latérale HABA et la didésoxygénation d’un diol sur la paromomycine et la néomycine. La didésoxygénation sélective des diols a été effectuée en utilisant la méthodologie développée par Garegg et Samuelsson, une variation de la réaction de Tipson-Cohen. Cette méthode a permis l’obtention du motif didésoxygéné sur les cycles A et D dans des rendements jamais égalés pour ce motif synthétique. La chaîne latérale a été introduite en tirant profit de la réactivité et de la sélectivité d’un carbamate cyclique. Ces méthodes combinées ont permis la synthèse efficace de nombreux analogues semi-synthétiques nouveaux. La 3',4'-didéhydro-N-1-HABA-néomycine et la 3',4',3''',4'''-tétradésoxy-N-1-HABA-néomycine montrent une activité impressionnante contre des souches de bactéries résistantes aux aminoglycosides. Des tests de toxicité effectués en collaboration avec Achaogen Inc. ont démontré que ces composés sont relativement toxiques sur les cellules rénales de type H2K, ce qui réduit de façon importante leur index thérapeutique. Afin d’abaisser la toxicité des composés, la relation entre toxicité et basicité a été explorée. Des substitutions de l’amine en 6''' ont été effectuées afin d’abaisser la basicité de l’amine. Les résultats de toxicité et d’activité antimicrobienne démontrent une corrélation importante entre la basicité des amines et la toxicité/activité des aminoglycosides antibiotiques. L’effet d’une modulation du pKa a aussi été exploré en installant des chaines fluorées sur l’amine en 6''' de la paromomycine et de la néomycine. Une séquence synthtétique pour isoler l’amine en 6''' de la néomycine a aussi été développée.

Synthetic lethality between eIF5A and Ypt1 reveals a connection between translation and the secretory pathway in yeast

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Tratamento da leishmaniose cutanea difusa (LCD) com a associacao antimoniato-N-metilglucamina (Glucantime®) e sulfato de paramomicina (Gabbrox®)

Diffuse cutaneous leishmaniasis (DCL) is a rare form of tegumentary leishmaniasis (TL) and 350 cases have been reported world wide. Presently in Brazil, there were 31 cases reported corresponding to 8.9% of the world cases. The state of Maranhao contributed with ten cases (32.3%) of national reports. Recently the authors had opportunity to follow two new cases of DCL, both from the countryside of that state totaling 12 cases. The parasite Leishmania L. amazonensis was incriminated in the disease, confirming the available data as being the unique species to produce DCL in this state. The therapy associating meglumine anthimoniate with paramomicine sulphate (Gabbrox®) during 90 days, showed good tolerance and favorable response, being another option for fills form of DCL that constituted a challenge to science so far.

The in vivo susceptibility of Leishmania donovani to sodium stibogluconate is drug specific and can be reversed by inhibiting glutathione biosynthesis

Resistance to pentavallent antimonial (Sb-v) agents such as sodium stibogluconate (SSG) is creating a major problem in the treatment of visceral leishmaniasis. In the present study the in vivo susceptibilities of Leishmania donovani strains, typed as SSG resistant (strain 200011) or SSG sensitive (strain 200016) on the basis of their responses to a single SSG dose of 300 mg of Sb-v/kg of body weight, to other antileishmanial drugs were determined. In addition, the role of glutathione in SSG resistance was investigated by determining the influence on SSG treatment of concomitant treatment with a nonionic surfactant vesicle formulation of buthionine sulfoximine (BSO), a specific inhibitor of the enzyme gamma-glutamylcysteine synthetase which is involved in glutathione biosynthesis, and SSG, on the efficacy of SSG treatment. L. donovani strains that were SSG resistant (strain 200011) and SSG sensitive (strain 200016) were equally susceptible to in vivo treatment with miltefosine, paromomycin and amphotericin B (Fungizone and AmBisome) formulations. Combined treatment with SSG and vesicular BSO significantly increased the in vivo efficacy of SSG against both the 200011 and the 200016 L. donovani strains. However, joint treatment that included high SSG doses was unexpectedly associated with toxicity. Measurement of glutathione levels in the spleens and livers of treated mice showed that the ability of the combined therapy to inhibit glutathione levels was also dependent on the SSG dose used and that the combined treatment exhibited organ-dependent effects. The SSG resistance exhibited by the L. donovani strains was not associated with cross-resistance to other classes of compounds and could be reversed by treatment with an inhibitor of glutathione biosynthesis, indicating that clinical resistance to antimonial drugs should not affect the antileishmanial efficacies of alternative drugs. In addition, it should be possible to identify a treatment regimen that could reverse antimony resistance.

Labeled EF-Tus for rapid kinetic studies of pretranslocation complex formation

The universally conserved translation elongation factor EF-Tu delivers aminoacyl(aa)-tRNA in the form of an aa-tRNA·EF-Tu·GTP ternary complex (TC) to the ribosome where it binds to the cognate mRNA codon within the ribosomal A-site, leading to formation of a pretranslocation (PRE) complex. Here we describe preparation of QSY9 and Cy5 derivatives of the variant E348C-EF-Tu that are functional in translation elongation. Together with fluorophore derivatives of aa-tRNA and of ribosomal protein L11, located within the GTPase associated center (GAC), these labeled EF-Tus allow development of two new FRET assays that permit the dynamics of distance changes between EF-Tu and both L11 (Tu-L11 assay) and aa-tRNA (Tu-tRNA assay) to be determined during the decoding process. We use these assays to examine: (i) the relative rates of EF-Tu movement away from the GAC and from aa-tRNA during decoding, (ii) the effects of the misreading-inducing antibiotics streptomycin and paromomycin on tRNA selection at the A-site, and (iii) how strengthening the binding of aa-tRNA to EF-Tu affects the rate of EF-Tu movement away from L11 on the ribosome. These FRET assays have the potential to be adapted for high throughput screening of ribosomal antibiotics.