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Machine learning and docking models for Mycobacterium tuberculosis topoisomerase I - 18/04/17

Doi : 10.1016/j.tube.2017.01.005 
Sean Ekins a, b, , Adwait Anand Godbole c, György Kéri d, e, Lászlo Orfi d, e, János Pato d, Rajeshwari Subray Bhat c, Rinkee Verma c, Erin K. Bradley f, Valakunja Nagaraja c, g,
a Collaborative Drug Discovery, 1633 Bayshore Highway, Suite 342, Burlingame, CA 94403, USA 
b Collaborations in Chemistry, 5616 Hilltop Needmore Road, Fuquay-Varina, NC 27526, USA 
c Department of Microbiology and Cell Biology, Indian Institute of Science, Bangalore, 560012, India 
d Vichem Chemie Research Ltd., Herman Ottó u. 15, H-1022, Budapest, Hungary 
e Semmelweis Univ, Dept Med Chem, MTA SE Pathobiochem Res Grp, H-1092, Budapest, Hungary 
f LigDCipher, 729 Nevada Ave, San Mateo, CA 94402, USA 
g Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research, Bangalore, 560064, India 

Corresponding author. Collaborative Drug Discovery, 1633 Bayshore Highway, Suite 342, Burlingame, CA 94403, USA.Collaborative Drug Discovery1633 Bayshore HighwaySuite 342BurlingameCA94403USA∗∗Corresponding author. Department of Microbiology and Cell Biology, Indian Institute of Science, Bangalore, 560012, India.Department of Microbiology and Cell BiologyIndian Institute of ScienceBangalore560012India

Abstract

There is a shortage of compounds that are directed towards new targets apart from those targeted by the FDA approved drugs used against Mycobacterium tuberculosis. Topoisomerase I (Mttopo I) is an essential mycobacterial enzyme and a promising target in this regard. However, it suffers from a shortage of known inhibitors. We have previously used computational approaches such as homology modeling and docking to propose 38 FDA approved drugs for testing and identified several active molecules. To follow on from this, we now describe the in vitro testing of a library of 639 compounds. These data were used to create machine learning models for Mttopo I which were further validated. The combined Mttopo I Bayesian model had a 5 fold cross validation receiver operator characteristic of 0.74 and sensitivity, specificity and concordance values above 0.76 and was used to select commercially available compounds for testing in vitro. The recently described crystal structure of Mttopo I was also compared with the previously described homology model and then used to dock the Mttopo I actives norclomipramine and imipramine. In summary, we describe our efforts to identify small molecule inhibitors of Mttopo I using a combination of machine learning modeling and docking studies in conjunction with screening of the selected molecules for enzyme inhibition. We demonstrate the experimental inhibition of Mttopo I by small molecule inhibitors and show that the enzyme can be readily targeted for lead molecule development.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Bayesian models, Collaborative drug discovery tuberculosis database, Docking, Function class fingerprints, Homology model, Mycobacterium tuberculosis, Topoisomerase, Tuberculosis


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Vol 103

P. 52-60 - mars 2017 Retour au numéro
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  • Sclerotiorin inhibits protein kinase G from Mycobacterium tuberculosis and impairs mycobacterial growth in macrophages
  • Dongni Chen, Shuangshuang Ma, Lei He, Peibo Yuan, Zhigang She, Yongjun Lu
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  • The effect size of type 2 diabetes mellitus on tuberculosis drug resistance and adverse treatment outcomes
  • Lucia Monserrat Perez-Navarro, Blanca I. Restrepo, Francisco Javier Fuentes-Dominguez, Ravindranath Duggirala, Jaime Morales-Romero, Juan Carlos López-Alvarenga, Iñaki Comas, Roberto Zenteno-Cuevas

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