Rhomboid-family intramembrane proteases regulate important biological processes and have been associated with malaria, cancer, and Parkinson's disease. However, due to the lack of potent, selective, and pharmacologically compliant inhibitors, the wide therapeutic potential of rhomboids is currently untapped. Here, we bridge this gap by discovering that peptidyl α-ketoamides substituted at the ketoamide nitrogen by hydrophobic groups are potent rhomboid inhibitors active in the nanomolar range, surpassing the currently used rhomboid inhibitors by up to three orders of magnitude. Such peptidyl ketoamides show selectivity for rhomboids, leaving most human serine hydrolases unaffected. Crystal structures show that these compounds bind the active site of rhomboid covalently and in a substrate-like manner, and kinetic analysis reveals their reversible, slow-binding, non-competitive mechanism. Since ketoamides are clinically used pharmacophores, our findings uncover a straightforward modular way for the design of specific inhibitors of rhomboid proteases, which can be widely applicable in cell biology and drug discovery.
- MeSH
- gramnegativní bakterie enzymologie MeSH
- grampozitivní bakterie enzymologie MeSH
- inhibitory serinových proteinas chemická syntéza chemie farmakologie MeSH
- molekulární konformace MeSH
- molekulární modely MeSH
- proteasy metabolismus MeSH
- racionální návrh léčiv * MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
- práce podpořená grantem MeSH
- Research Support, N.I.H., Extramural MeSH
ß-laktamázy typu AmpC, enzymy produkované řadou gramnegativních bakterií, které hydrolyzují peniciliny, monobaktamy, cefalosporiny a cefamyciny, nejsou inhibovány inhibitory ß-laktamáz. Jsou šířeny cestou plazmidů a představují velký epidemiologický a také diagnostický problém. Zjišťovali jsme produkci ß-laktamáz typu AmpC u různých gramnegativních bakterií. Kmeny, izolované z močí pacientů s diagnózou močové infekce, byly vybrány na základě rezistence k cefalosporinům 3. generace a přitom nebyly určeny jako producenti ESBL (extended-spectrum beta lactamases). Produkce inducibilních AmpC byla zjišťována pomocí DDST (double disk synergy test) a produkce konstitutivních AmpC pomocí agaru s oxacilinem, který slouží jako inhibitor enzymů AmpC. U všech kmenů s produkcí konstitutivních AmpC byla testována také citlivost k amikacinu, piperacilinu s tazobaktamem, cefoperazonu se sulbaktamem, imipenemu, meropenemu a kolistinu pomocí diskové difuzní metody na MH-agaru. Celkem bylo testováno 119 kmenů (z toho 68 kmenů Klebsiella pneumoniae, 20 Escherichia coli a 12 Enterobacter aerogenes). Bylo zachyceno 38 konstitutivních AmpC producentů. Produkce byla nejvýraznější u kmenů K. pneumoniae (17), E. coli (10) a E. aerogenes (4). Produkce inducibilní AmpC ß-laktamázy byla prokázána u 32 kmenů (z toho 21 bylo kmenů K. pneumoniae, 6 kmenů Morganella morganii a 3 kmeny E. aerogenes). U 2 kmenů (K. pneumoniae) byla zjištěna současná produkce ESBL a AmpC. Kmeny s konstitutivními AmpC byly poměrně dobře citlivé k cefepimu (84,2 %), také citlivost ke karbapenemům zůstala zachována.
AmpC beta-lactamases, enzymes produced by a range of Gram-negative bacteria and able to hydrolyse penicillins, monobactams, cephalosporins and cephamycins, are not inhibited by beta-lactamase inhibitors. They are spread via plasmids and pose a huge epidemiological and diagnostic problem. The production of AmpC B-lactamases was tested in various Gram-negative bacteria. Of strains isolated from urine of patients diagnosed with urinary tract infection, we selected those that were resistant to third generation cephalosporins and did not produce extended-spectrum beta-lactamases (ESBL). The production of inducible AmpC was assayed by modified DDST (double disk synergy test) and that of constitutive AmpC was tested on agar containing oxacillin as an AmpC inhibitor. All constitutive AmpC producers were also tested for susceptibility to amikacin, piperacillin/tazobactam, cefoperazon/sulbactam, imipenem, meropenem and colistin by the disk diffusion method on MH-agar. Altoghether 119 strains (68 strains of Klebsiella pneumoniae, 20 strains of Escherichia coli and 12 strains of Enterobacter aerogenes) were tested. We detected 38 constitutive AmpC producers, including primarily K. pneumoniae (17 strains), E. coli (10 strains) and E. aerogenes (4 strains). Thirty-two strains were inducible AmpC producers (21 K pneumoniae strains, 6 Morganella morganii strains and 3 E. aerogenes strains). Two K. pneumoniae strains were ESBL/AmpC coproducers. The constitutive AmpC producers showed relatively good susceptibility to cefepim (84.2%) and carbapenems.
ß-laktamázy jsou nejčastější příčinou rezistence gramnegativních bakterií k ß-laktamům. V souvislosti se zavedením cefalosporinů třetí a čtvrté generace do praxe došlo ke vzniku ß-laktamáz schopných hydrolyzovat tato antibiotika. Skupina serinových ß-laktamáz označovaných jako AmpC (cefalosporinázy) se vyznačuje schopností hydrolyzovat peniciliny, monobaktamy a cefalosporiny všech generací, včetně cefamycinů. V poslední době došlo k nárůstu výskytu enzymů AmpC kódovaných na plazmidu. Spolu s AmpC bývají na stejném mobilním elementu neseny geny zodpovědné za rezistenci k ostatním skupinám antibiotik. Dosud neexistuje spolehlivá rutinní metoda pro diagnostiku AmpC. Článek shrnuje problematiku AmpC, včetně jejich identifikace, interpretace a doporučené léčby infekcí způsobených producenty AmpC.
ß-laktamázy jsou nejčastější příčinou rezistence gramnegativních bakterií k ß-laktamům. V souvislosti se zavedením cefalosporinů třetí a čtvrté generace do praxe došlo ke vzniku ß-laktamáz schopných hydrolyzovat tato antibiotika. Skupina serinových ß-laktamáz označovaných jako AmpC (cefalosporinázy) se vyznačuje schopností hydrolyzovat peniciliny, monobaktamy a cefalosporiny všech generací, včetně cefamycinů. V poslední době došlo k nárůstu výskytu enzymů AmpC kódovaných na plazmidu. Spolu s AmpC bývají na stejném mobilním elementu neseny geny zodpovědné za rezistenci k ostatním skupinám antibiotik. Dosud neexistuje spolehlivá rutinní metoda pro diagnostiku AmpC. Článek shrnuje problematiku AmpC, včetně jejich identifikace, interpretace a doporučené léčby infekcí způsobených producenty AmpC.
- MeSH
- bakteriální léková rezistence genetika imunologie účinky léků MeSH
- beta-laktamasy genetika imunologie škodlivé účinky MeSH
- cefalosporinasa škodlivé účinky účinky léků MeSH
- Enterobacteriaceae genetika imunologie účinky záření MeSH
- gramnegativní bakterie enzymologie imunologie patogenita MeSH
- hydrolýza účinky léků MeSH
- Klebsiella pneumoniae genetika imunologie účinky záření MeSH
- lidé MeSH
- mikrobiologické techniky metody využití MeSH
- rezistence k cefalosporinům genetika imunologie účinky léků MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
Rezistencia gramnegativnych baktérií na beta-laktámové antibiotiká je spôsobovaná zväčša ich schopnosťou produkovať enzýmy, ktoré hydrolyzujú penicilíny, cefalosporíny, monobaktámy, prip. karbapenémy. Gény pre produkciu týchto enzýmov sú lokalizované extrachromozomálne na hľansferabilných plazmidoch, alebo sú súčasťou chromozomálnej DNA. V poslednom období nadmerné užívanie betalaktámových antibiotík a z toho vyplývajúci obrovský selekčný tlak najmä 3. generácie cefalosporínov, imipenemu a/alebo meropenemu spôsobuje nárast výskytu plazmidovo kódovaných tzv. Extended-Spectrum Beta-Lactamase (ESBL), chromozomálnej AmpC laktamázy a metalo-betalaktamáz. Producenti AmpC a/alebo metaloenzýmov sa prenášajú medzi pacientami, prip. pacientami a prostredím klonálne, takže tento proces môže byť obmedzený alebo prerušený preventívnymi opatreniami. Mutácie k produkcii ESBL a/alebo k nadprodukcii AmpC laktamázy sa vyskytujú v prípade masívnych bakteriálnych infekcií a sú selektované vysokým selekčným tlakom beta-laktámových antibiotík. Inhibítory beta-laktamáz blokujú produkciu ESBL, ako aj produkciu pôvodných TEM a SHV laktamáz a nie sú významnými induktormi produkcie enzýmu AmpC alebo metalo-enzýmov. Prevencia výskytu rezistencie na betalaktámové antibiotiká sa má uprednostniť pred následným riešením problémov, spôsobených rezistentnými baktériami.
Resistance of gramnegative bacteria to beta-lactam antibiotics is caused, in part, by their ability to produce enzymes which destroy the structure of penicillins, cephalosporins, monobactams and/or carbapenems. Genes for the production of these enzymes, called beta-lactamases, are coded either by extrachromosomal and transferable plasmids, or by chromosomal DNA. Recently, the selection pressure of a worldwide overuse of betalactam drugs, mostly, at present, of third-generation cephalosporins and of imipenem and/or meropenem, causes increased incidence of so-called Extended-Spectrum Beta-Lactamases (ESBL), which are plasmid-bome, of chromosomal AmpC lactamase, and of metallo-beta-lactamases. Producers of AmpC and/or metallo-enzymes are transmitted between patients and hospital environment by clonal spread. This process can be, thus, limited or interrupted by preventive measures. Mutations to production of ESBL and/or AmpC lactamases occur in massive inocula of bacteria and are selected by massive selection pressure by beta-lactams. Inhibitors of betalactamase(s) can block ESBL production, as well as the production of original TEM and SHV lactamases and are not significant inducers of AmpC or metallo-enzymes. In conclusion, prevention of emergence of resistance to beta-lactams is to be preferred to the solution of already emerged problems caused by resistant bacteria.
