Entdeckung von Inhibitoren des Lactat-Transporters aus dem Malaria-Erreger Plasmodium falciparum

Golldack, André

In dieser Arbeit erfolgte die Entdeckung erster potenter Inhibitoren des Lactat-Transporters aus P. falciparum, PfFNT, welcher für die Aufrecht¬erhaltung des plasmodialen Energieflusses von großer Bedeutung ist. Ausgehend von der Malaria-Box wurden in dieser Arbeit mittels eines Hefe-basierten Aufnahmeassays unter Verwendung radiomarkierter Substrate mit MMV007839 und MMV000972 zwei Verbindungen identifiziert, die den Substrat-Transport über PfFNT erstmals mit hoher Potenz inhibierten. Am Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin in Hamburg wurde insbesondere für MMV007839 in vitro eine hohe Wirksamkeit gegen proliferierende Parasiten gezeigt. Ausgehend von der Untersuchung neuer MMV007839-analoger Verbindungen wurden quantitative Struktur-Aktivitäts-Beziehungen aufgestellt und die für die Inhibition relevante Molekülstruktur, eine vinyloge Fluoralkylcarbonsäure, identifiziert. Dieses Pharmakophor von MMV007839 bindet ähnlich wie L Lactat im Poreneingang von PfFNT. Zusätzlich konnte mit einigen der MMV007839-Analoga gegenüber der Verbindung aus der Malaria-Box eine Steigerung der antiplasmodialen Aktivität in vitro erzielt werden. Trotz der Substrat-analogen Interaktion mit dem Target zeigte MMV007839 eine hohe Selek¬tivität für PfFNT, die Affinität zu MCT1, dem Lactat-Transporter der Wirtszelle der Parasiten, fiel deutlich geringer aus. Zudem konnte für den Inhibitor eine sehr starke Bindung an PfFNT beobachtet werden, was die Selektivität zu PfFNT zusätzlich positiv beeinflusst. Die Inkubation von P. falciparum mit nicht-letalen MMV007839-Konzentrationen in vitro führte zur Selektion resistenter Parasiten, die einen Nukleotidaustausch im PfFNT-Gen trugen. Dies und die deutlich geringere Affinität des Inhibitors zum resultierenden PfFNT G107S validieren PfFNT als neues, durch ein kleines Molekül hemmbares Wirkstoffziel. Ausgehend vom Pharmakophor wurden in dieser Arbeit erste Verbindungen identifiziert, die in der Lage sind, die Resistenz-Mutation zu umgehen.

The recently described P. falciparum lactate/proton symporter, PfFNT, is responsible for the maintenance of the parasite’s energy flow. In this thesis, the discovery of the first potent inhibitors of PfFNT with high activity against cultured parasites is described. Starting from the malaria box, two compounds with structural similarity were identified to inhibit 14C-monocarboxylate transport in PfFNT-expressing yeast with high potency: MMV007839 and MMV000972. In vitro studies on proliferating P. falciparum parasites per¬formed at the Bernhard Nocht Institute for Tropical Medicine in Hamburg revealed a high antimalarial potency, particularly for MMV007839. Quantitative structure activity relationships were established investigating MMV007839-analogous compounds. In these studies, a fluoroalkyl vinylogous acid was identified as the pharmacophore – the crucial molecular structure responsible for PfFNT inhi¬bition. Similar to the physiological substrate L lactate, the pharmacophore of MMV007839 binds to the entrance of the PfFNT pore. Additionally, some of the MMV007839-analogous structures showed an increased antiplasmodial activity on cultured parasites. Despite substrate-analogous interaction with the target, MMV007839 showed a high selec¬tivity for PfFNT. The affinity to MCT1, the lactate transporter of the parasite’s host cells, was distinctly reduced for that compound. Further an extraordinary strong binding to PfFNT was observed for MMV007839, additionally positively affecting selec¬tivity. Incubation of P. falciparum with non-lethal concentrations of MMV007839 in vitro facilitated selection of resistant parasites with a single nucleotide exchange in the PfFNT gene. Together with a markedly reduced affinity of MMV007839 to the resulting PfFNT G107S mutant, the development of resistance validates PfFNT as a novel drug target accessible for small molecules. Based on the inhibitor’s pharmacophore, first compounds circumventing the resistance mutation were identified.

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Golldack, André: Entdeckung von Inhibitoren des Lactat-Transporters aus dem Malaria-Erreger Plasmodium falciparum. 2018.

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