Cationic Lipoaminoacid Derivatives of Diethanolamine as Potentially Membrane-Active Antibacterial Agents

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

This work is aimed to develop a number of cationic amphiphiles based on amino acid derivatives of diethanolamine as potentially membrane-active antibacterial agents. The developed compounds contain two amino acid residues in the polar block and various length of aliphatic chains in the hydrophobic domain. Amphiphiles were obtained in preparative amounts sufficient to confirm their structures and perform a study of antibacterial activity. The synthesized samples based on β-Ala (4c) and GABA (4d) with an aliphatic C12 chain in the hydrophobic domain showed a promising level of antimicrobial activity (minimal inhibitory concentration, MIC, 1 μg/mL) against gram-positive (B. subtilis) and gram-negative (E. coli) bacteria. Amphiphiles containing aromatic amino acids L-Phe (6a) and L-Trp (6b) in the polar head group and C8 hydrocarbon chain are active against B. subtilis with a MIC of 1 μg/mL. The obtained data on antimicrobial activity make the selected compounds attractive for further detailed study of their mechanism of action.

About the authors

M. K. Guseva

MIREA, Russian Technology University, Lomonosov Institute of Fine Chemical Technology

Email: c-221@yandex.ru
Russia, 119571, Moscow

Z. G. Denieva

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: c-221@yandex.ru
Russia, 119071, Moscow

U. A. Budanova

MIREA, Russian Technology University, Lomonosov Institute of Fine Chemical Technology

Author for correspondence.
Email: c-221@yandex.ru
Russia, 119571, Moscow

Yu. L. Sebyakin

MIREA, Russian Technology University, Lomonosov Institute of Fine Chemical Technology

Email: c-221@yandex.ru
Russia, 119571, Moscow

References

  1. Yount N.Y., Yeaman M.R. 2004. Multidimensional signatures in antimicrobial peptides. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 101 (19), 7363. https://doi.org/10.1073/pnas.0401567101
  2. Мусин Х.Г. 2018. Антимикробные пептиды – потенциальная замена традиционным антибиотикам. Инфекция и иммунитет. 8 (3), 295.
  3. Rima M., Rima M., Fajloun Z., Sabatier J.-M., Bechinger B., Naas T. 2021. Antimicrobial peptides: A potent alternative to antibiotics. Antibiotics. 10 (9), 1095. https://doi.org/10.3390/antibiotics10091095
  4. Molchanova N., Hansen P.R., Franzyk H. 2017. Advances in development of antimicrobial peptidomimetics as hotential drugs. Molecules. 22 (9), 1430. https://doi.org/10.3390/molecules22091430
  5. Pirri G., Giuliani A., Nicoletto S.F., Pizzuto L., Rinaldi A.C. 2009. Lipopeptides as anti-infectives: A practical perspective. Cent. Eur. J. Biol. 4(3), 258–273. https://doi.org/10.2478/s11535-009-0031-3
  6. Fjell C.D., Hiss J.A., Hancock R.E. W., Schneider G. 2012. Designing antimicrobial peptides: Form follows function. Nat. Rev. Drug Discovery. 11, 37–51.
  7. Faber C., Stallmann H., Lyaruu D., Joosten U., Von Eiff C., van Nieuw Amerongen A., Wuisman P.I. 2005. Comparable efficacies of the antimicrobial peptide human lactoferrin 1-11 and gentamicin in a chronic methicillin-resistant Staphylococcus aureus osteomyelitis model. Antimicrob. Agents Chemother. 49 (6), 2438–2444. https://doi.org/10.1128/AAC.49.6.2438-2444.2005
  8. Lin L., Chi J., Yan Y., Luo R., Feng X., Zheng Y., Xian D., Li X., Quan G., Liu D, Wu C., Lu C., Pan X. 2021. Membrane-disruptive peptides/peptidomimetics-based therapeutics: Promising systems to combat bacteria and cancer in the drug-resistant era. Acta Pharm. Sin. B. 11 (9), 2609. https://doi.org/10.1016/j.apsb.2021.07.014
  9. Tague A.J., Putsathit P., Hammer K.A., Wales S.M., Knight D.R., Riley T.V., Keller P.A., Pyne S.G. 2019. Cationic biaryl 1,2,3-triazolyl peptidomimetic amphiphiles: Synthesis, antibacterial evaluation and preliminary mechanism of action studies. Eur. J. Med. Chem. 168, 386. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2019.02.013
  10. Mojsoska B., Jenssen H. 2015. Peptides and peptidomimetics for antimicrobial drug design. Pharmaceuticals (Basel). 8(3), 366–415. https://doi.org/10.3390/ph8030366
  11. Zhang E., Bai P.-Y., Cui D.-Y., Chu W.-C., Hua Y.-G., Liu Q., Yin H.-Y., Zhang Y.-J., Qin S., Liu H.-M. 2018. Synthesis and bioactivities study of new antibacterial peptide mimics: The dialkyl cationic amphiphiles. Europ. J. Med. Chem. 143, 1489–1509. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2017.10.044
  12. Su M., Xia D., Teng P., Nimmagadda A., Zhang C., Odom T., Cao A., Hu Y., Cai J. 2017. Membrane-active hydantoin derivatives as antibiotic agents. J. Med. Chem. 60 (20), 8456. https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.7b00847
  13. Konai M.M., Ghosh C., Yarlagadda V. 2014. Membrane active phenylalanine conjugated lipophilic norspermidine derivatives with selective antibacterial activity. J. Med. Chem. 57, 9409–9423. https://doi.org/10.1021/jm5013566
  14. Ghosh C., Sarkar P., Samaddar S., Uppua D., Haldar J. 2017. L-Lysine based lipidated biphenyls as agents with anti-biofilm and anti-inflammatory properties that also inhibit intracellular bacteria. Chem. Commun., 53, 8427–8430. https://doi.org/10.1039/C7CC04206J
  15. Lohan S., Kalanta A., Sonkusre P., Cameotra S.S., Bisht G.S. 2014. Development of novel membrane active lipidated peptidomimetics active against drug resistant clinical isolates. Bioorg. & Med. Chem., 22, 4544–4552. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2014.07.041
  16. Schnaider L., Brahmachari S., Schmidt N.W., Mensa B., Shaham-Niv S., Bychenko D., Adler-Abramovich L., Shimon L.J.W., Kolusheva S., DeGrado W.F., Gazit E. 2017. Self-assembling dipeptide antibacterial nanostructures with membrane disrupting activity. Nat. Commun. 8 (1), 1365. https://doi.org/10.1038/s41467-017-01447-x
  17. Shahane G., Ding W., Palaiokostas M., Azevedo H.S., Orsi M. 2019. Interaction of antimicrobial lipopeptides with bacterial lipid bilayers. J. Membr. Biol. 252 (4–5). 317. https://doi.org/10.1007/s00232-019-00068-3
  18. Yar M., Mushtaq N., Afzal S. 2013. Synthesis, reactions, applications, and biological activity of diethanolamine and its derivatives. Russ. J. Org. Chem. 49 (7) 949–967. https://doi.org/10.1134/S1070428013070014
  19. Denieva Z.G., Romanova N.A., Bodrova T.G., Budanova U.A., Sebyakin Yu.L. 2019. Synthesis of amphiphilic peptidomimetics based on the aliphatic derivatives of natural amino acids. Moscow Univ. Chem. Bull. 74 (6), 300–305. https://doi.org/10.3103/S0027131419060087
  20. Makovitzki A., Baram J., Shai Y. 2008. Antimicrobial lipopolypeptides composed of palmitoyl di- and tricationic peptides: in vitro and in vivo activities, self-assembly to nanostructures, and a plausible mode of action. Biochemistry. 47 (40), 10630. https://doi.org/10.1021/bi8011675

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (14KB)
3.

Download (15KB)
4.

Download (15KB)
5.

Download (6KB)
6.

Download (9KB)
7.

Download (7KB)
8.

Download (27KB)
9.

Download (20KB)
10.

Download (145KB)

Copyright (c) 2023 The 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».