4(1H)-Chinolone als neue antimykobakterielle Leitsubstanzen

Im Rahmen dieses Projektes soll eine neue Subklasse antibakterieller Chinolonalkaloide, die verschiedene Alkyl-, Alkenyl, Alkynoinsäure- and Alkanolyl-Substituenten an Position C-2 der N-Alkyl-4(1H)-Chinolone enthalten, synthetisiert werden. Ihre antimykobakteriellen und cytotoxischen Eigenschaften werden in vitro getestet. Naturstoffe haben sich als Quelle für Leitstrukturen in der Entwicklung neuer Wirkstoffe bereits vielfach bewährt. In unseren vorangegangen Untersuchungen erwiesen sich N-Methly-2-alkyl-4(1H)-chinolone, die aus den Früchten der Chinesischen Arzneipflanze Euodia rutaecarpa (Juss.) Benth. (Rutaceae) (syn. = Evodia rutaecarpa, Tetradium ruticarpum) isoliert wurden, als Substanzen mit vielversprechender antimykobakterieller und entzündungshemmender Wirkung in vitro. Evocarpin konnte als jene Substanz mit signifikanter Wirkung identifiziert werden, die nun die Ausgangsbasis für weitere Untersuchungen bildet. An schnell wachsenden Mykobakterienstämmen, etwa Mycobacterium fortuitum, das als Testmodell für eine nachfolgende Prüfung an M. tuberculosis bereits mehrfach eingesetzt wurde, zeigte Evocarpin eine stärkere Wirkung als die Standardantituberkulotika Ethambutol und Isoniazid. Unsere Studien zeigten, dass der Alkylkette in Position C-2 eine wesentliche Rolle bei der antimykobakteriellen Wirkung der N-Methyl-4(1H)-chinolonalkaloide spielt. Im vorliegenden Projekt soll nun eine Serie von Evocarpin-Analoga unter besonderer Berücksichtigung der lipophilen Seitenkette an C-2 synthetisiert werden, um den Einfluss der Seitenkettenvariationen auf die antimycobacterielle Wirkung auszuloten. Verschiedene Methoden für die Synthese von N-Alkyl-2-alkyl-4(1H)-chinolonderivativen werden im Projektantrag ausgeführt. Obwohl bereits verschiedene Fluorochinolone, die eine Carboxylgruppe in Position C-3 besitzen, synthetisiert wurden und auch als Therapeutika verschiedenster Infektionskrankheiten, u.a. auch als Second-line-Therapeutia für Tuberkulose, bereits am Markt verfügbar sind, wurden bisher noch keine Versuche unternommen, das Potential von C-2-substituierten N-Alkyl-4(1H)-chinolonen als antimykobakterielle Wirkstoffe zu untersuchen. N-alkyl-4(1H)-chinolone, die in Position C-2 eine aliphatische Seitenkette tragen, stellen eine neue Subklasse von Substanzen mit vielversprechenden antimykobakteriellen Eigenschaften dar. Dies ist besonders bemerkenswert, da seit den 1960er Jahren (Rifampin) keine neuen Antituberkulotika als First-line- Therapeutika verfügbar sind. Da für das Genus Euodia und verwandte Genera der Familie Rutaceae das Vorkommen von N-Methyl-4(1H)- chinolone bekannt ist, wird sich ein zweiter wesentlicher Projektteil mit der Suche nach antimykobakteriellen Chinolonen in taxonomisch nahestehenden Arten der Rutaceae befassen. Ausgewählte Arten werden hinsichtlich ihrer antimykobakteriellen Wirkstoffe unter Verwendung einer Bioassay-gestützten Isolierungsstrategie untersucht. Das Projekt wird von einem Konsortium aus Phytochemikern, Pharmazeutischen Chemikern und Mikrobiologen durchgeführt.

In diesem Projekt konnte eine neue Gruppe von antimykobakteriellen Substanzen ausgehend von pflanzlichen Naturstoffen charakterisiert werden. Bei der Suche nach neuen Antibiotika bieten Pflanzen eine noch sehr unzureichend genützte Ressource neuer Leitstrukturen, die für Arzneistoffe genutzt werden können. Ausgangspunkt für das vorliegende Projekt war die Entdeckung von bestimmten Inhaltsstoffen aus der Gruppe der Chinolonalkaloide (z.B. Evocarpin) in den Früchten der chinesischen Arzneipflanze Euodia rutaecarpa (Synonym = Evodia rutaecarpa) mit interessanten antimykobakteriellen und entzündungshemmenden Wirkungen. Im Zuge des Projektes wurden nun ausgehend von der Leitstruktur des Evocarpins zahlreiche synthetische Analoga dieser Substanz hergestellt und auf ihre antimykobakteriellen und zytotoxischen Eigenschaften untersucht. Mykobakterien wie etwa Mycobacterium tuberculosis, der Auslöser der Tuberkulose, stellen eine gravierende Gesundheitsbedrohung dar, und weisen zunehmend Resistenzen gegen Antibiotika auf. Dies macht die Suche nach neuen antimykobakteriellen Wirkstoffen zu einem Forschungsthema hoher Priorität. Das Projekt wurde von einem Konsortium, das sich aus Wissenschaftlern der Universität Graz, Österreich, und der Universität London, Großbritannien, rekrutierte, durchgeführt. Es konnte eine große Zahl von synthetischen Alkaloiden hergestellt werden, die vor allem an der Seitenkette in Position 2 des Kohlenstoffgerüstes abgewandelt wurden. Auf diese Weise konnten optimierte Strukturen gefunden werden, die im Vergleich zur Ausgangssubstanz eine bis zu 4-fach höhere Wirkung gegen verschiedene Mykobakterien aufwiesen. Die wichtigste Entdeckung im Zuge dieses Projektes war die Auffindung eines möglichen Wirkungsmechanismus dieser Substanzen. Es zeigte sich, dass bestimmte antimykobakterielle Chinolone in der Lage waren, die Aktivität eines Enzyms, das für den Zellwandaufbau von M. tuberculosis essentiell ist, die M. tuberculosis ATP-abhängige MurE Ligase, zu hemmen und damit eine Wachstumshemmung der Bakterien zu bewirken. Dieses Enzym wurde in M. tuberculosis erst kürzlich charakterisiert und wird als ein vielversprechender Angriffspunkt für Antituberkulotika angesehen. Dies macht die in diesem Projekt untersuchten N-Alkyl-4(1H)-Chinolone besonders interessant. Darüber hinaus erwiesen sich diese Substanzen als starke Wachstumshemmer von Methicillin-resistenten Stämmen von Staphylococcus aureus (MRSA), und stellen somit auch eine Option für die Entwicklung von Arzneistoffen, die bei nosokomialen Infektionen eingesetzt werden können, dar.