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Design, Synthesis, and Pharmacological Optimisation of Potent Novel Small Molecule Inhibitors of Chikungunya Virus
Verena Battisti
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus d. Bereich Lebenswissenschaften (DissG: Pharmazie)
Betreuer*innen
Thierry Langer ,
Ernst Urban
DOI
10.25365/thesis.74682
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-28350.29480.607952-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Trotz der immer stärkeren Verbreitung des Chikungunya-Virus (CHIKV) und der damit verbundenen hohen Morbidität, gibt es weder spezifische antivirale Arzneistoffe noch einen geeigneten Impfstoff. Aus diesem Grund rückt die Entwicklung eines wirksamen CHIKV Inhibitors immer mehr in den Fokus der Arzneimittelforschung.
Der Ausgangspunkt der vielversprechenden CHVB-Molekülklasse bildet die Entdeckung des Hitmoleküls 1a durch ein High-Throughput Screening (HTS). Eine erste Struktur-Wirkungsbeziehung (SAR) wurde mit 37 2-(4-(Phenylsulfonyl)piperazin-1-yl)pyrimidin-Analoga (erste Generation von CHVB-Analoga) durchgeführt und führte zur Identifizierung der Leitverbindung 1b. Darüber hinaus wurde eine gründliche Leitstrukturoptimierung von 1b durchgeführt, um die bereits gute antivirale Aktivität (EC50: 3,95 ± 1 µM) zu verbessern und um zusätzlich zentrale ADMET-Eigenschaften zu optimieren.
Hundert Analoga wurden deshalb synthetisiert und auf ihre antivirale Aktivität und physikalisch-chemischen Eigenschaften getestet. Diese zweite Generation von CHVB-Analoga wurde zusätzlich auf mögliche Interaktionen mit dem hERG-Kanal, hinsichtlich ihrer zytotoxischen Eigenschaften in drei relevanten Zelllinien (CaCo-2, HEK-293 und A459) und ihrer biologischen Charakteristika untersucht, wobei ein ausgezeichnetes Sicherheitsprofil, gute physiochemische Eigenschaften und eine hohe Selektivität gegenüber des CHIKV festgestellt wurde. Zusätzlich wurde die virale mRNA-abbauende Maschinerie (nsP1) als Zielprotein der CHVB-Molekülklasse identifiziert. 55 Verbindungen wurden auf ihre metabolische Stabilität in humanen Lebermikrosomen (HLMs) untersucht und eine Struktur-Stabilitätsbeziehung (SMR) sowie eine zweite umfassende SAR-Studie mit der zweiten Generation CHVB-Analoga durchgeführt. Darüber hinaus wurden zwei verschiedene Syntheserouten (Syntheseroute A und B) für die Synthese der CHVB-Analoga entwickelt, wobei die Syntheseroute B erhebliche Vorteile in Bezug auf Reaktionszeit und Ausbeute aufweist.
Anhand eines virtuellen Screenings konnten zwei Hitmoleküle mit starker antiviraler Aktivität (68c und 70) ermittelt werden. Zusätzlich führte ein Scaffold Hopping zur Entdeckung einer neuen Ausgangsverbindung mit guter antiviraler Aktivität (64b). In Zuge dieses Forschungsprojektes konnten fünf Verbindungen (31b, 31d, 32d, 34 und 35d) als hochwirksame, sichere und stabile Leitverbindungen identifiziert werden, wobei 32d der vielversprechendste Wirkstoffkandidat ist (EC50: 0,7 ± 0,05 µM).
Abstract
(Englisch)
Despite the worldwide re-emerge of the Chikungunya virus (CHIKV) and its high morbidity, no antiviral treatment or vaccine is available - making the development of a potent CHIKV-inhibitor highly desirable.
The hit compound 1a was identified by an extensive high-throughput screening (HTS), which marks the starting point of a promising and novel CHIKV-inhibitor: the CHVB series. A structure-activity relationship study (SAR) with thirty-seven first-generation 2-(4-(phenylsulfonyl)piperazine-1-yl)pyrimidine analogues led to the discovery of the new lead compound 1b. Further, a thorough lead optimisation of 1b was performed to improve the already good antiviral activity (EC50: 3.95 ± 1 µM) and to optimise crucial ADMET properties.
Therefore, one hundred analogues were designed, synthesized, and tested for their antiviral activity and physiochemical characteristics. These second-generation CHVB compounds were screened for possible hERG channel interactions, their cytotoxic characteristics in three cell lines (CaCo-2, HEK-293, and A459), and their viral profile. The compounds showed excellent safety and physiochemical profile and high selectivity towards CHIKV. In addition, the viral mRNA capping machinery (nsP1) was identified as the viral target of the CHVB series.
Furthermore, fifty-five compounds were assessed for their metabolic stability in human liver microsomes (HLMs), leading to a structure-metabolism relationship study (SMR). An extensive SAR study with the second-generation CHVB compounds confirmed some structural requirements identified earlier in the first-generation's SAR study and revealed the critical chemical features for a high CHIKV inhibition. In addition, two different synthesis routes (Synthesis Route A and B) were established to synthesize the CHVB analogues, whereby Synthesis Route B demonstrated a remarkable time- and yield-wise advantage.
In addition, a pharmacophore-based virtual screening retrieved two hits with strong CHIKV inhibition (68c and 70) and a SAR-driven scaffold hop (64b) led to the identification of a new hit molecule with anti-CHIKV activity.
This research study identified five compounds (31b, 31d, 32d, 34, and 35d) as potent, safe, and stable lead compounds for further development as selective CHIKV inhibitors - with 32d as the overall most promising candidate (EC50: 0.7 ± 0.05 µM).
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Chikungunya Virus Leitstrukturoptimierung Arzneistoffentwicklung Antivirale Wirkstoffe ADMET Struktur-Aktivitäts-Beziehung
Schlagwörter
(Englisch)
Chikungunya virus antivirals structure-activity relationship study ADMET lead optimisation
Autor*innen
Verena Battisti
Haupttitel (Englisch)
Design, Synthesis, and Pharmacological Optimisation of Potent Novel Small Molecule Inhibitors of Chikungunya Virus
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
1 Band (unterschiedliche Seitenzählungen) : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Laura Castoldi ,
Andrea Brancale
AC Nummer
AC16695591
Utheses ID
64275
Studienkennzahl
UA | 796 | 610 | 449 |