Vers un dépassement des mécanismes de résistance aux aminoglycosides de Staphylococcus aureus avec un analogue de la néomycine fonctionnellement conçu

Staphylococcus aureus est un habitant commensal commun de la bactérie humaine Ces cocci anaérobies facultatifs à Gram positif sont responsables de maladies allant des infections mineures de la peau et des tissus mous à des maladies systémiques telles que la pneumonie, la méningite, l’ostéomyélite, l’endocardite et la flore intestinale. , infections des plaies, bactériémie et sepsis avec une morbidité et une mortalité élevées.1L’avènement des antibiotiques a eu un impact majeur sur le traitement de ces infections. tions pendant plusieurs décennies. Cependant, l’apparition et la dissémination de souches de S. aureus résistantes à la méthicilline (ou multirésistantes), qui sont devenues courantes dans les hôpitaux et plus tard dans les milieux communautaires, avec une réserve asymptomatique estimée actuelle de 2,3 millions de personnes aux États-Unis (0,8 % de la population) et un pourcentage mondial potentiellement plus élevé, 2 présentent un obstacle majeur pour la thérapie anti-infectieuse.La dépendance à la vancomycine en dernier recours a engendré une pression sélective sur la prolifération des souches de S. aureus résistantes à la vancomycine (VISA et VRSA) .3 Le nombre actuel d’infections à SARM aux États-Unis surpasse celui du VIH / sida, avec environ 100 000 infections annuelles. Les antibiotiques aminosides sont de puissants antibiotiques à large spectre qui ciblent une hélice d’ARNr au centre de décodage de l’ARNm de la sous-unité 30S ribosomique bactérienne, affectant leur action bactéricide en induisant une imprécision de la traduction. et inhibition.9 − 12La classe des 2-désoxystreptamine aminoglycosides 4,5-disubstitués, y compris la butirosine, la paromomycine et la néomycine (Figure 1), 1), partagent un mode d’action commun, ribosomique Cependant, leur utilisation en tant qu’anti-infectieux est minime en raison de leur forte susceptibilité aux enzymes modificatrices multiples (Figure 11). 6,13 − 15 Figure 1: Membres représentatifs des classes de 2-désoxystreptamine aminoglycoside caractérisées par la 4,6-disubstitution (amikacine et gentamicine C1) ou la 4,5-disubstitution (néomycine B). Les flèches indiquent des positions ciblées par des enzymes modificatrices chez S. aureus … Les membres les plus importants des aminoglycosides cliniquement utilisés appartiennent à la classe des 2-désoxystreptamines 4,6-disubstituées, incluant la gentamicine, la tobramycine, l’amikacine, l’isépamicine et l’arbekacine. Cependant, leur utilisation continue a conduit à l’émergence de souches de S. aureus blindées avec une gamme d’enzymes modi fi catrices intracellulaires, 13 principalement, -O-nucléotidyltransférase, ANT (4 ′) – I, 3 ′ / 5 ″ -O-phosphotransférase, APH (3 ′ / 5 ″) – III, et la 2 ″ -O-phosphotransférase bifonctionnelle et 6 ′ -N-acétyltransférase, APH (2 ″) / AAC (6 ′), dont les préférences cibles respectives sont représentées sur la figure ​ Figure11.13 − 16 En conséquence, les membres semi-synthétiques de la 2-désoxystreptamine 4,6-disubstituée ont été développés pour surmonter l’action inactivante d’un sous-ensemble des enzymes susmentionnées et des différents isoformes présents dans d’autres agents pathogènes.16,17 À cet égard, il convient de noter qu’aucun nouvel antibiotique aminoglycoside n’a été introduit début des années 1980. 6,17.Déoxygénation méthodologies ont été un domaine d’investigation actif dans la semi-synthèse d’antibiotiques aminoglycoside avec l’espoir de se soustraire à l’action des enzymes de résistance, en particulier le cycle A-diol des classes de 2-désoxystreptamine. 18 − 23 Parmi les sous-classes, les congénères 4,5-disubstitués ont Les exemples classiques de substitution N1 ont été réalisés sur des intermédiaires semi-protégés précoces reposant sur une réactivité sélective parmi les amines secondaires.6 Les exemples classiques de substitution N1 ont été réalisés sur des intermédiaires semi-protégés précoces. Des stratégies alternatives ont également conduit à la synthèse d’aminoglycosides amphiphiles avec d’excellents profils antibactériens.23 Nous rapportons ici la synthèse d’un aminoglycoside (1) très puissant dérivé de la néomycine B avec une activité antibactérienne contre des souches de S. aureus exprimant des enzymes modificatrices et une vaste collection clinique de SARM. Les principales caractéristiques de conception consistaient en la mise en œuvre d’un protocole de désoxygénation connu mais rarement utilisé et de substitution N1-amide, illustré par la structure 1. L’effort de synthèse a commencé avec l’optimisation de la réaction de Garegg & Samuelsson, une modification du classique. Les substrats étaient la paromomycine et les intermédiaires 2 et 5 de la néomycine B, convenablement protégés par des groupes per-N-benzyloxycarbonyle et dont les alcools primaires étaient respectivement coiffés par silylation et tritylation (Schéma 1). Les intermédiaires résultants retiennent six alcools secondaires libres, dont quatre présentent des configurations trans-diol. L’engagement de ces intermédiaires avec la triphénylphosphine, l’imidazole et le triiodoimidazole dans un mélange 3: 1 de toluène et d’acétonitrile à reflux a conduit à leur tétra-désoxygénation fiable, donnant 3 et 6 avec un bon rendement et une bonne pureté (schéma 1). alcools solitaires aux positions 6 et 2 ″ dans les intermédiaires 2 ou 5, ils n’étaient pas réactifs vis-à-vis de l’iodation, et un sous-produit mineur commun détecté sporadiquement était constitué d’intermédiaires d’iodure de vinyle.25 présentation. et 5 ″ On a éliminé avec du fluorure d’hydrogène pour obtenir 3, puis on a procédé à une hydrogénation standard en utilisant le catalyseur de Pearlman dans une solution légèrement acidifiée pour obtenir 3-tétradeoxy-paromomycine. (4).L’intermédiaire 6 de 5′-0-trityl-néomycine analogue analogue a été globalement déprotégé par l’acide et l’hydrogénation de Pearlman pour donner N1-HABA-3 et 4 x 02032, 3 &#x02034, 4 ‴ -tétradésoxy-néomycine 7. Les analogues finaux ont été purifiés par chromatographie sur colonne de gel de silice avec des mélanges de solvants de chloroforme, de méthanol et d’ammoniaque, fournissant des produits finaux purs sous forme de bases libres qui ont ensuite été transformés en sels d’acétate pour analyse spectroscopique et manipulation. .28Schéma 1Application de la modification de la réaction de Cohen à la tétra-désoxygénation dans les séries de paromomycine et de néomycine dans le cas de la butirosine, il a été démontré que le (l) – α -hydroxy- et # x003b3; aminé-aminobutyrique (l-HABA) chaîne trouvée naturellement sur l’antibiotique fournit une amélioration et l’élargissement du spectre antibactérien par rapport à son simple congénère ribostamycin.6,17 Cette chaîne latérale complexe a un ajustement étroit au sein de la dis hélice H44 torturée derrière les bases A1492 et A1493 impliqués dans le décodage de l’ARNm.10,29 Vraisemblablement, la plupart des enzymes modificateurs d’aminoglycoside n’ont pas évolué des sites actifs capables de reconnaître cette modification unique de la butirosine.6,16,17 Par conséquent, l’introduction semi-synthétique d’un N1- la fraction amide dans la classe des 2-désoxystreptamine 4,6-disubstituée a fourni les médicaments de référence susmentionnés, tels que l’amikacine, l’arbekacine et l’isépamicine (Figure 11). 6,17Héréine, nous avons profité de la réactivité simplifiée de les intermédiaires 3 et 6 pour effectuer la déprotection chimiosélective de N1 via N1, O6-oxazolidinones.6,19,29,30 Notamment, le système carbamate cyclique peut être sélectivement hydrolyse en présence de groupes carboxybenzylamino avec une base aqueuse douce, libérant N1 pour l’amide. couplage. Notre procédure de choix consistait à exposer les intermédiaires 3 et 6 à une solution de LiOH dans du DMF pendant 24 h pour libérer les groupes C3-amino, avec un rendement comparable aux procédures en deux étapes (Schéma 2) .19 − 24,29, 30 Ces intermédiaires ont ensuite été acylés dans des conditions de couplage peptidique standard avec l-HABA protégé par -N-Cbz pour obtenir 8 et 10 (Schéma 2). La déprotection globale a été effectuée en utilisant l’hydrogénation de Pearlman dans des conditions acides, donnant ainsi les nouveaux antibiotiques N1-HABA-3 ′, 3 ‴, 4 ‴ -tetradeoxy-paromomycine (9). et N1-HABA-3 ′, 4 ′, 3 ‴, 4 ‴ -tetradeoxy-neomycin (1), dans des rendements globaux inégalés par des efforts antérieurs avec ces cadres. 18 − les analogues tétradésoxy, 4, 7, 9 et 1 (tableau 1), ont été comparés à une série de souches de S. aureus sensibles et résistantes aux aminoglycosides et à une série d’aminoglycosides naturels et aux antibiotiques cliniquement pertinents gentamicine et amikacine.31, 32 Les nouveaux analogues de la paromomycine tétra-désoxygénés 4 et 9 se sont révélés être deux fois moins actifs que leurs analogues de la néomycine 7 et 1 (Tableau 1). Cette perte d’activité peut être attribuée à la fois à la perte de charge à la position 6 ′ (par exemple, paromomycine vs néomycine B) et une légère perturbation du motif particulier sucre L-idose du cycle D (par exemple, néomycine B vs ribostamicine) .33Pour les deux analogues de la paromomycine (4 vs 7) et la néomycine (9 vs 1), un 2 – une augmentation de 4 fois de l’activité contre S. aureus de type sauvage est observée en présence de la substitution N1-HABA. Des effets de même ampleur ont été observés pour la paire de butirosine et de ribostamicine naturellement dérivée6,17. Bien que l’analogue de tétradeoxy-néomycine 7 frustre efficacement l’action de l’ANT (4 ′), il semble être une cible des deux aminoglycosides supplémentaires – déterminants de la résistance de S. aureus, à savoir APH (3 ′ / 5 ″) – III, agissant probablement sur le groupe 5 ″ -hydroxyle, 34,35 et l’activité N & acyltransférase de l’enzyme bifonctionnelle APH (2 ″) / AAC (6 ′) 13 − 16 En revanche, l’analogue tétradésoxy 1 était actif contre les trois souches testées (Tableau 1). À la lumière de ces résultats, N1 -HABA-3 ′, 4 ′, 3 ‴, 4 ‴ -tetradeoxy-neomycine (1), a été testé contre une collection de 50 isolats cliniques de MRSA (Tableau 2). Les valeurs MIC50 et MIC90 obtenues pour 1 ont montré une augmentation de 64 fois de l’activité par rapport à l’amikacine et à la gentamicine actuellement utilisées cliniquement.Scheme 2Chemoselective N1-Deprotection de paromomycine tétradeoxygénée et intermédiaires de néomycine via N1, O6-oxazolidinones, pour l’introduction ultérieure des groupes N1-HABA Table 1 Concentration inhibitrice minimale des analogues et des contrôles des antibiotiques tétradésoxygénés (μ g / mL) aTable 2MRSA Collection MIC50 / 90 (μ g / mL) En conclusion, nous avons démontré une synthèse en six étapes -HABA-3 ′, 4 ′, 3 ‴, 4 ‴ -tetradeoxy-néomycine (1), et son activité contre un panel étendu de souches cliniques de MRSA.Notre stratégie semisynthétique reposait sur une nouvelle application de la réaction de désoxygénation de Garegg de Samuelsson aux aminoglycosides pour la première fois, permettant la combinaison de la modification N1 via les oxazolidinones pour un accès efficace aux analogues antibiotiques prometteurs avec d’excellents rendements globaux (6 étapes pour 1). , Rendement global de 15%). Nous sommes optimistes que des antibiotiques soigneusement conçus, tels que 1, peuvent aider dans la lutte contre S. aureus multirésistante et justifient des recherches plus approfondies sur les relations d’activité et l’index thérapeutique.