Identification of new Pseudomonas aeruginosa lectin LecA inhibitors using biochemical- and NMR-methods

Abstract

Biofilm formation of Pseudomonas aeruginosa is one of the major threats of its treatment. P. aeruginosa expresses lectins, which are carbohydrate-binding proteins: LecA, specifically binding to D-galactose. The development of galactose-based inhibitors with high affinity towards LecA represents a promising way towards novel therapeutics. Derivatives of phenyl β-D-galactosides were synthesized and tested on their binding potential to LecA. Within the set of 44 synthesized D-galactose based inhibitors m-methoxy phenyl β-D-galactoside was determined asthe best LecA inhibitor with a binding affinity in the low micro molar range and can now be used for further derivatization. In contrast to synthesis virtual screening and NMR screening of a 19F library was used to identify novel LecA inhibitors. The determined hits were verified using biochemical methods. To identify fragments binding in the vicinity of the carbohydrate binding pocket a screening approach based on the functional replacement of Ca2+ in the binding pocket is developed. As Ca2+ is replaced with paragmagntic lanthanide ions resulting effects like signal shifts (PCS) and enhanced relaxation (PRE) give insight on distance and angle of potential binders. The developed screening approach based on paramagnetic effects can be used to screening further fragment libraries to identify new binding fragments or ligands

Die Biofilmbildung von Pseudomonas aeruginosa ist eines der größes Problem bei der Behandlung. P. aeruginosa exprimiert kohlenhydratbindende Proteine, genannt Lektine. LecA bindet spezifisch an D-Galaktose. Die Entwicklung von Hemmstoffen auf Galaktosebasis stellt einen vielversprechenden Weg zu neuen Therapeutika dar. Es wurden 44 D-Galaktosederivate synthetisiert und auf ihr Bindungspotenzial an LecA getestet. M-Methoxyphenyl-β-D-Galaktosid wurde als bester LecA-Inhibitor mit einer Bindungsaffinität im niedrigen mikromolaren Bereich ermittelt und kann für weitere Derivatisierung verwendet werden. Zusätzlich zur Synthese und Evaluierung wurde ein virtuelles Screening sowie ein NMR-Screening einer 19F-Bibliothek eingesetzt, um neue LecA-Inhibitoren zu identifizieren. Die ermittelten Treffer wurden mittels biochemischer Methoden weiter untersucht. Um weiterhin Fragmente zu identifizieren, die in der Nähe der Kohlenhydratbindungstasche binden, wurde ein Screening-Ansatz entwickelt, der auf dem funktionellen Ersatz von Ca2+ in der Bindungstasche basiert. Durch den Ersatz von Ca2+ durch paragmagnesische Lanthanidionen werden Effekte wie Signalverschiebungen (PCS) und verstärkte Relaxation (PRE) beobachtet, die Aufschluss über Abstand und Winkel potenzieller Bindungspartner geben. Der entwickelte Screeninganstatz kann nun für die Untersuchung weitere Bibliotheken verwendet werden.