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Identification of novel antimicrobial compounds targeting Mycobacterium tuberculosis shikimate kinase using in silico hierarchical structure-based drug screening - 20/07/23

Doi : 10.1016/j.tube.2023.102362 
Shuhei Kawamoto, Chihiro Hori, Hinata Taniguchi, Saya Okubo, Shunsuke Aoki
 Department of Bioscience and Bioinformatics, School of Computer Science and Systems Engineering, Kyushu Institute of Technology, 680-4 Kawazu, Iizuka-shi, Fukuoka, 820-8502, Japan 

Corresponding author.

Abstract

The development of new anti-TB drugs to prevent the spread of multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis (Mtb) strains is imperative. Mtb shikimate kinase (MtSK) was selected as the target protein to screen for new anti-TB drugs. We performed hierarchical in silico screening using a library of 154,118 compounds to search for novel compounds that could bind to the active site of MtSK. The growth-inhibitory effects of the candidate compounds on Mycobacterium smegmatis were evaluated in vitro. Nine of the 11 candidate compounds exhibited inhibitory effects against mycobacteria in vitro. The inhibitory activity of Compound 2 (IC50 = 1.39 μM) was higher than that of isoniazid, the first-line drug for TB treatment. Moreover, Compound 2 did not exhibit toxicity against mammalian cells and Escherichia coli. Molecular dynamics simulations using the MtSK-Compound 2 complex structure in a timeframe of 100 ns suggested that Compound 2 could stably bind to MtSK. The binding free energy of Compound 2 was estimated to be −37.96 kcal/mol using the MM/PBSA method, demonstrating that Compound 2 can stably bind to MtSK. These in silico and in vitro results indicated that Compound 2 is a promising hit compound for the development of novel anti-TB drugs.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Hierarchical in silico screening showed a high hit rate (9 hits/11 compounds).
Compound 2 was identified with an IC50 value of 1.39 μM for Mycobacterium smegmatis growth.
MD simulations revealed that compound 2 is a competitive inhibitor against MtSK.
Structural information on compound 2 will accelerate drug development targeting MtSK.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Mycobacterium tuberculosis, Shikimate kinase, Molecular dynamics simulation, Docking simulation, Structure-based drug screening, Antibiotics


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Vol 141

Article 102362- juillet 2023 Retour au numéro
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  • Isoniazid-N-acylhydrazones as promising compounds for the anti-tuberculosis treatment
  • Eloísa Gibin Sampiron, Leonora Lacerda Calsavara, Vanessa Pietrowski Baldin, Débora Cássia Montaholi, Amanda Larissa Dias Leme, Danillo Yuji Namba, Vanessa Guimarães Alves Olher, Katiany Rizzieri Caleffi-Ferraciolli, Rosilene Fressatti Cardoso, Vera Lucia Dias Siqueira, Fábio Vandresen, Regiane Bertin de Lima Scodro
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  • The impact of genotype on the phenotype of Mycobacterium tuberculosis ΔsufR mutants
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