Development of a New Inhibitor of Bacterial Cystathionine γ-Lyase Based on 6-Bromoindole and Aminothiophene

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Cystathionine γ-lyase (CSE) is a key enzyme for the H2S generation in such pathogenic bacteria as Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, etc. Suppression of CSE activity significantly increases the sensitivity of bacteria to the action of antibiotics. Here, we present a method for the synthesis of a novel indole-based CSE inhibitor, 3-amino-5-[(6-bromo-1H-indol-1-yl)methyl]thiophene, named MNS1. The synthesis of this compound is based on the modification of substituted thiophene as the main structural fragment, which is involved the alkylation of 6-bromoindole at the final stages. The dissociation constant of the MNS1 complex with bacterial CSE (from S. aureus, SaCSE) was 0.5 μM, which was an order of magnitude lower than that for human CSE (hCSE). The MNS1 compound was shown to effectively enhance the antibacterial effect of gentamicin against Bacillus subtilis, allowing it to be used as an antibiotic potentiator, to inhibit the growth of CSE-expressing bacterial cells.

Full Text

Restricted Access

About the authors

R. A. Novikov

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences; Zelinsky Institute of Organic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: solyev@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119991; Moscow, 119991

D. N. Platonov

Zelinsky Institute of Organic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: solyev@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119991

A. Yu. Bely

Zelinsky Institute of Organic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: solyev@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119991

K. V. Potapov

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences; Zelinsky Institute of Organic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: solyev@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119991; Moscow, 119991

M. A. Novikov

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences; Zelinsky Institute of Organic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: solyev@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119991; Moscow, 119991

Yu. V. Tomilov

Zelinsky Institute of Organic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: solyev@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119991

O. I. Kechko

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Email: solyev@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119991

T. A. Seregina

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Email: solyev@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119991

P. N. Solyev

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: solyev@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119991

V. A. Mitkevich

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Email: solyev@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119991

References

  1. Miller W.R., Arias C.A. (2024) ESKAPE pathogens: antimicrobial resistance, epidemiology, clinical impact and therapeutics. Nat. Rev. Microbiol. 22(10), 598–616. https://doi.org/10.1038/s41579-024-01054-w
  2. Shatalin K., Nuthanakanti A., Kaushik A., Shishov D., Peselis A., Shamovsky I., Pani B., Lechpammer M., Vasilyev N., Shatalina A., Rebatchouk D., Mironov A., Fedichev P., Serganov A., Nudler E. (2021) Inhibitors of bacterial H2S biogenesis targeting antibiotic resistance and tolerance. Science. 372, 1169–1175.
  3. Solyev P.N., Isakova E.B., Olsufyeva E.N. (2023) Antibacterial conjugates of kanamycin A with vancomycin and eremomycin: biological activity and a new MS-fragmentation pattern of Cbz-protected amines. Antibiotics. 12, 894.
  4. Mariasina S.S., Chang C.F., Petrova O.A., Efimov S.V., Klochkov V.V., Kechko O.I., Mitkevich V.A., Sergiev P.V., Dontsova O.A., Polshakov V.I. (2020) Williams–Beuren syndrome-related methyltransferase WBSCR27: cofactor binding and cleavage. FEBS J. 287, 5375–5393.
  5. Clinical and Laboratory Standards Institute. (2015) Method for Dilution Antimicrobial Susceptibility Test for Bacteria that Grow Aerobically; Approved Standard, 10th edition. CLSI document M07–A10. National Committee for Clinical and Laboratory Standards, Wayne PA.
  6. Forbes B.A. (1998) Bailey and Scott's Diagnostic Microbiology, 10th edition. St. Louis, MO: Mosby, 1069 p.
  7. Potapov K.V., Novikov R.A., Novikov M.A., Solyev P.N., Tomilov Y.V., Kochetkov S.N., Makarov A.A., Mitkevich V.A. (2023) Synthesis of the indole-based inhibitors of bacterial cystathionine γ-lyase NL1–NL3. Molecules. 28, 3568.
  8. Novikov M.A., Potapov K.V., Novikov R.A., Solyev P.N., Tomilov Y.V., Kochetkov S.N., Makarov A.A., Mitkevich V.A. (2024) A convenient synthesis of a chlorobenzothiophenyl-indole-based inhibitor of bacterial cystathionine γ-lyase. Mendeleev Commun. 34, 255–258.
  9. Huddleston P. R., Barker J. M. (1979) A convenient synthesis of 2-substituted 3-hydroxy- and 3-amino-thiophens from derivatives of 2-chloroacrylic acid. Synthetic Commun. 9, 731–734.
  10. Pedretti M., Fernández-Rodríguez C., Conter C., Oyenarte I., Favretto F., di Matteo A., Dominici P., Petrosino M., Martinez-Chantar M.L., Majtan T., Astegno A., Martínez-Cruz L.A. (2024) Catalytic specificity and crystal structure of cystathionine γ-lyase from Pseudomonas aeruginosa. Sci. Rep. 14, 9364.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Scheme of synthesis of 3-amino-5-[(6-bromo-1H-indole-1-yl) hydrochloridemethyl]thiophene (MNS1). Designations: MeONa — sodium methylate, Boc — tert-butyloxycarbonyl, DMAP — 4-dimethylaminopyridine, DMF — dimethylformamide, LDA — lithium diisopropylamide, THF — tetrahydrofuran, rt — room temperature, Δ — boiling.

Download (204KB)
3. Fig. 2. Comparative analysis of NL2 and MNS1 as gentamicin potentiators for the B. subtilis 168 strain. a ‒ Representative growth curves of the B. subtilis 168 strain in the presence of 0.1 micrograms/ml of gentamicin (Gm), as well as 50 micrograms of NL2 or MNS1. The cells were grown at 37°C with aeration in the automated Bioscreen C growth analysis system. The results are presented as average values ± standard deviation calculated based on three repetitions in one experiment. b – Analysis of H2S generation by B. subtilis 168 cells in the presence of NL2 and MNS1. A brown stain appears on the strips of filter paper soaked in a 2% solution of lead acetate, caused by the formation of PbS salt as a result of evaporation of H2S by bacterial suspension. The figures indicate changes in H2S production relative to control cells.

Download (263KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».