Isoliensinin aus den Rhizomen von Cissampelos pariera weist potenziell gametozytozide und antibakterielle Wirkung auf

Malaria Journal Band 22, Artikelnummer: 161 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Der ungedeckte Bedarf an wirksamen Mitteln zur Blockierung der Malariaübertragung, die auf die übertragbaren Stadien von Plasmodium abzielen, erfordert intensive Forschungsbemühungen. In dieser Studie wurde ein bioaktives Bisbenzylisochinolin (BBIQ), Isoliensinin, aus Rhizomen von Cissampelos pariera (Menispermaceae) identifiziert und auf seine Anti-Malaria-Aktivität hin charakterisiert.

Der Malaria SYBR Green I-Fluoreszenztest wurde durchgeführt, um die In-vitro-Antimalariaaktivität gegen D6-, Dd2- und F32-ART5-Klone sowie die unmittelbare Ex-vivo-Anfälligkeit (IEV) für 10 frisch gesammelte P. falciparum-Isolate zu bewerten. Um die Geschwindigkeit und das Stadium der Wirkung von Isoliensinin zu bestimmen, wurden ein IC50-Geschwindigkeitstest und morphologische Analysen mit synchronisierten Dd2-Asexuellen durchgeführt. Die gametozytozide Aktivität gegen zwei kulturadaptierte klinische Isolate, die Gametozyten produzieren, wurde mithilfe mikroskopischer Messungen bestimmt, wobei mögliche molekulare Ziele und deren Bindungsaffinitäten in silico abgeleitet wurden.

Isoliensinin zeigte in vitro eine starke gametozytozide Aktivität bei mittleren IC50gam-Werten zwischen 0,41 und 0,69 µM für klinische Isolate von Plasmodium falciparum. Die BBIQ-Verbindung hemmte auch die asexuelle Replikation bei einem mittleren IC50Asexual von 2,17 µM, 2,22 µM bzw. 2,39 µM für D6, Dd2 und F32-ART5 und zielte auf den Übergang vom späten Trophozoiten zum Schizonten ab. Eine weitere Charakterisierung zeigte eine beträchtliche unmittelbare Ex-vivo-Wirksamkeit gegenüber menschlichen klinischen Isolaten bei einem geometrischen Mittelwert von IC50IEV = 1,433 µM (95 %-KI 0,917–2,242). In-silico-Analysen postulierten einen wahrscheinlichen Anti-Malaria-Wirkmechanismus durch hohe Bindungsaffinitäten für vier Proteinkinasen der mitotischen Teilung; Pfnek1, Pfmap2, Pfclk1 und Pfclk4. Darüber hinaus wurde vorhergesagt, dass Isoliensinin ein optimales pharmakokinetisches Profil und arzneimittelähnliche Eigenschaften besitzt.

Diese Ergebnisse unterstreichen erhebliche Gründe für die weitere Erforschung von Isoliensinin als geeignetes Gerüst für die Malaria-Übertragungsblockierungschemie und Zielvalidierung.

Erwartete therapeutische Strategien zur Blockierung der sexuellen Differenzierung und Reifung von Plasmodium-Gametozyten [1, 2] vor der Aufnahme durch weibliche Anophelinmücken würden die Übertragung von Malaria um ein Vielfaches reduzieren [3]. Das Fehlen solch wirksamer Maßnahmen zur Blockierung der Übertragung hat im Jahr 2021 zu mehr als 234 Millionen Neuinfektionen und 593.000 Todesfällen in Afrika südlich der Sahara geführt. Die Reifung der Gametozyten von Plasmodium falciparum dauert etwa 12 bis 14 Tage, während sie im Knochenmark und in der Milz sequestriert werden [ 4]. In diesen Gefäßnischen zeigen die Parasiten dynamische Entwicklungsveränderungen in Vorbereitung auf einen Phasenübergang vom Menschen zur Mücke. Bei einem solchen Homing-Phänomen gestalten die Gametozyten die morphologischen Transformationen der Stadien IV bis V aktiv um und ermöglichen so reversibel eine Gefäßretention [5,6,7]. Die endgültige Reifung der Gametozyten im Stadium IV bis V ist durch die Zerlegung des strukturellen Zytoskeletts in abgerundete Spitzen gekennzeichnet, was mit einer erhöhten zellulären Verformbarkeit einhergeht, die durch zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP) und STEVOR induziert wird [8, 9]. Bei der Phosphorylierung von P. falciparum STEVOR verlassen die reifen Gametozyten im Stadium V die Nischen des Knochenmarks und verbleiben Tage bis Wochen im peripheren Kreislauf und warten auf die Aufnahme durch die Mücken während der Blutmahlzeitaufnahme [9]. Wie bereits gezeigt [10,11,12,13,14,15,16] wird die Entwicklung von Plasmodium durch ein robustes Netzwerk aus stadien- und geschlechtsspezifischen Transkriptionsprofilen, Proteinexpressionen und physiologischer Stoffwechselkoordination streng reguliert. Trotz dieser wichtigen Gametozytenbiologie und dieses Wissens scheint die Entwicklung von Medikamenten für Inhibitoren gegen diese übertragbaren Parasiten recht langsam zu sein.

Die meisten derzeit verfügbaren Anti-Malaria-Medikamente, die über die asexuelle Replikation hinaus wirken, sind nicht in der Lage, peripher zirkulierende reife Gametozyten im Stadium V vollständig zu beseitigen [17] und ermöglichen so eine Übertragung auf Mückenvektoren [18, 19]. Diese Einschränkung sowie aktuelle und zukünftige Trends bei der Malariaresistenz verdeutlichen den dringenden Bedarf an neuen chemischen Wirkstoffen. In den letzten Jahren haben verschiedene Hochdurchsatz-Screening-Plattformen (HTS) [20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31] verschiedene chemische Gerüste mit hohem Potenzial für die Übertragung von Malaria identifiziert -Blockierung. Bemühungen, einige dieser Moleküle zu Leitkandidaten zu optimieren, begleitet von Zielentfaltungen, führten zu KAE609 [32], DDD107498 [33], (+)-SJ557733 [34], ACT-451840 [35] und MMV390048 [36], um nur einige zu nennen , die sich derzeit in frühen klinischen Studien befinden. Allerdings geben erhebliche Nachteile im Zusammenhang mit dem Mangel an Target- und chemischer Diversität sowie hohen Fluktuationsraten Anlass zu großer Sorge [37]. Alternativ wurden Naturprodukte, einschließlich orthogonaler Anti-Malaria-Kräuter [38], als Mittel zur Blockierung der Plasmodium-Übertragung eingesetzt. Im Rahmen dieser Anti-Malaria-Entdeckungsbemühungen wurden mehrere natürliche Verbindungen untersucht, darunter: Maduramicin [22], Parthenin und Parthenolid [39], Thiostrepton, Epoxomicin [40], Monensin, Salinomycin, Nigericin [41], (+)-Usninsäure-Derivate (BT37). und BT122) [42], Naphthylisochinolin-Derivate [43], Azadirachtin A [44], Vernodalol [45], 1α,4α-Dihydroxybishopsolicepolid [46], p-Orlandin [47], Cryptolepin [48], Lanceolin B [49 ], Dihydronitidin [50], Daucovirgolid G [51] und Lophiron E [52] wurden berichtet, dass sie entweder Gametozyten in vitro abtöten oder ihre sporogonische Entwicklung im Mitteldarm der Mücke verhindern.

Im Rahmen der kontinuierlichen Suche nach neuen vielseitigen Anti-Malaria-Gerüsten, insbesondere nach Naturprodukten mit der Fähigkeit, die Übertragung von Plasmodium zu blockieren [53], identifizierte die aktuelle Suche ein vielversprechendes Bisbenzylisochinolin (BBIQ) als Hit-Agent. BBIQs, die typischerweise durch strukturelle Etherbindungssubtypen „Tail-to-Tail“, „Head-to-Head“ und „Head-to-Tail“ gekennzeichnet sind [54], stellen Arzneimittelgerüste für mehrere Krankheiten dar. Diese spezielle chemische Klasse zielt neben der Modulation von Membran-Effluxkanälen der ABC-Transporter- und P-Glykoprotein-Familien (P-gp) vorzugsweise auf Ca2+-Signalwege vom L- und T-Typ in Säugetierzellen ab [55, 56]. Bei Plasmodium löst die Mobilisierung von intrazellulärem Ca2+, begleitet von der gleichzeitigen Expression der pflanzenähnlichen Effektor-Ca2+-abhängigen Proteinkinasen, PfCDPK1 – PfCDPK7, rechtzeitig kinasespezifische Ereignisse aus; Merozoitenaustritt und Erythrozyteninvasionen (CDPK1, CDPK5), asexuelles Wachstum (CDPK2, CDPK7), aktiviert männliche Exflagellationen (CDPK2, CDPK4), Gleitmotilität von Ookineten (CDPK3), Sporozoitenmotilität und Hepatozyteninvasion (CDPK6) (Übersicht in [57]) . Im Zusammenhang mit der Umkehrung der Malariaresistenz haben frühere Studien zu BBIQs auch eine mögliche Sensibilisierung von Chinolin-resistenten Plasmodium-Parasiten durch eine synergistische Wirkung gezeigt [58, 59]. Die zugrunde liegende CQ-Sensibilisierung durch BBIQs lässt auf mögliche modulatorische Wirkungen auf die Chloroquin (CQ)-Effluxaktivität seines Transporters PfCRT schließen. Obwohl sie diese interessanten pharmakologischen Eigenschaften aufweisen, einschließlich starker Anti-Malaria-Aktivitäten mit IC50 < 1 µM [59,60,61,62], wurden BBIQ-haltige Verbindungen bisher nicht weiter für die Entwicklung von Anti-Malaria-Mitteln untersucht, möglicherweise aufgrund ihrer tiefgreifenden Wirkung Strukturelle Komplexität. Unter den BBIQs ist Isoliensinin vertreten (Abb. 1A), das zuerst aus Embryonen von Lotussamen (Nelumbo nucifera, Nelumbonaceae) [63] und später aus Cissampelos mucronata [64] isoliert wurde. Das Anti-Malaria-Aktivitätsprofil von Isoliensinin ist bisher nur unzureichend charakterisiert. Hierin wurde die erste detaillierte Anti-Malaria-Charakterisierung von Isoliensinin aus Cissampelos pariera-Rhizomen (Zusatzdatei 1: Abb. S1-S2) als Gametozyten-selektives Mittel mit Malariaübertragungsblockierungspotenzial gegen klinische Isolate von menschlichem Plasmodium beschrieben und berichtet. Die Studie beschreibt weiter seine relativ langsam wirkende starke Hemmwirkung auf asexuelle Stadien, die sich bevorzugt auf den Übergangsschritt vom reifen Trophozoiten zum Schizonten auswirkt. Mögliche molekulare Ziele, die durch einen rechnerischen Ansatz ermittelt und validiert wurden, zeigten eine hohe Affinität für Proteine, die den Transmembrantransport und die mitotische Teilung regulieren. Die aktuellen Erkenntnisse liefern ein Naturproduktgerüst mit Plasmodium-Übertragungsblockierungspotenzial, das für die Weiterentwicklung zu hervorragenden Kandidaten geeignet ist, die eine wirksame Ergänzung des Anti-Malaria-Armentariums zur Behandlung und Vorbeugung von Malariaübertragungen darstellen können.

Auswirkungen der Behandlung mit Isoliensinin auf Gametozyten im Spätstadium IV/V aus menschlichen klinischen Isolaten von Plasmodium falciparum. A Chemische Struktur von Isoliensinin, B Isoliensinin verringert das Überleben von Gametozyten im Stadium IV/V. Die Dosis-Wirkungs-Kurven von Isoliensinin gegen Gametozyten im Stadium IV/V schätzten die IC50gam-Werte auf 0,2528 µg/ml (0,41 ± 0,043 µM), 0,4241 µg/ml (0,69 ± 0,019 µM) für MGT 0063 (Marigat-Isolat) und KCH 016 /19 (Kericho-Isolat) Klinische Plasmodium-Isolate (n = 3 unabhängige Replikate). Fehlerbalken geben die Standardabweichung (SD) an. Primaquin diente in diesen Tests als Positivkontrolle mit einem mittleren IC50gam von 7,46 ± 0,102 µM. C: Morphologische Veränderungen der Gametozyten bei Behandlung mit Isoliensinin, erfasst von mit Giemsa gefärbten Objektträgern bei 100-fachem Ölimmersionsobjektiv. Spur 1: 0,2 % DMSO-behandelte Gametozyten, Spur 2: Isoliensinin-behandelte Gametozyten und Spur 3: Mit Primaquin behandelte Gametozyten

Medikamente gegen Malaria; Dihydroartemisinin (DHA), Mefloquinhydrochlorid (MQ), Monodesethylamodiaquin (AMQ), Artemether (ARM), Chloroquindiphosphat (CQ), Lumefantrin (LUM), Piperaquintetrahydrat (PPQ), Atovaquon (ATQ), Artemisinin (ART), Artesunat ( ARS), Chinin (QN) und Primaquin (PQ) wurden vom WorldWide Antimalariaal Resistance Network (WWARN) bezogen. Einzelheiten zur Reinigung und Charakterisierung von Isoliensinin sind in der Zusatzdatei 1: Methoden S1 enthalten. Sofern nicht anders angegeben, wurden alle Arzneimittelverbindungen in 100 % DMSO gelöst und zur Untersuchung in die gewünschten Konzentrationen rekonstituiert.

Asexuelle intraerythrozytäre P. falciparum-Parasiten; D6-, W2-, Dd2- und F32-ART5-Klone wurden wie zuvor beschrieben (65) mit geringfügigen Modifikationen kultiviert. Kurz gesagt, parasitierte Erythrozyten mit 0,5 % Parasitämie in 4 % Hämatokrit (O+ menschliches Blut) wurden bei 37 °C mit 90 % N2, 5 % CO2 und 5 % O2 in RPMI 1640-Medium (Gibco Life Technologies), ergänzt mit 20 % hitzeinaktiviertem ABO, kultiviert Humanserum, 5,94 g/L HEPES (Sigma-Aldrich), 2 g/L Glucose, 2 mM L-Glutamin, 4 µg/ml Hypoxanthin und 2 g/L NaHCO3 (Sigma-Aldrich). Um hochsynchrone Kulturen zu erzeugen, wurden 10-minütige Behandlungen mit 5 % (w/v) D-Sorbit im Ringstadium bei 37 °C durchgeführt. Verbrauchtes Medium wurde alle zwei Tage aseptisch ersetzt, bis der maximale Parasitämiewert (5–8 % Ringe) erreicht war. Dabei wurden 100 µL Parasitensuspension, rekonstituiert bei 1 % Parasitämie und 2 % Hämatokrit, in vordosierte 96-Well-Platten verteilt. für 72-stündige Inkubation bei 37 °C. Die endgültige DMSO-Konzentration überstieg in allen Tests nicht 0,2 % v/v. Die Replikationshemmungsaktivität wurde in 3 Replikaten durch SYBR Green I-basierte Auslesungen wie zuvor beschrieben analysiert (66). Ein sofortiger Ex-vivo-(IEV)-Empfindlichkeitstest [66] wurde gegen klinische Isolate von P. falciparum (0–6 Stunden nach der Aderlassentnahme; bei Parasitämiegrad ≥ 1 %) durchgeführt, die von einwilligenden Personen mit unkomplizierter Malaria in den Kliniken der Studienstandorte Kisumu und Kombewa gesammelt wurden (Zugelassene Protokolle; KEMRI SSC # 1330 und WRAIR # 1384). Zirkulierende Parasiten in dieser endemischen westkenianischen Region wurden zuvor entweder als mono-/multiresistent oder mit reduzierter Anfälligkeit gegenüber CQ, Sulfadoxin/Pyrimethamin (SP), Doxycyclin (DOX), QN, LUM und MQ charakterisiert [67,68,69]. ,70,71]. Nach einer Anpassung auf 1 % Parasitämie wurden diese frisch gesammelten Parasiten direkt ohne vorherige Kulturanpassung zusammen mit einer Reihe von Standard-Malariamedikamenten getestet.

Um die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Wirkung von Isoliensinin gegen Asexuelle zu untersuchen, wurden synchronisierte Dd2-Ringe (0–5 Stunden nach der Invasion (hpi); > 98 %) bei 1 % Parasitämie gegen DMSO-behandelte Parasiten untersucht unterschiedliche Behandlungszeiträume innerhalb der 48-stündigen intraerythrozytären Replikation; 5–16, 17–29 und 29–41 hpi [72]. Der SYBR Green I IC50-Geschwindigkeitstest wurde für die Zeitspezifität der Isoliensinin-Wirkung innerhalb der standardmäßigen 72-Stunden-Analyse übernommen. Nach jeder Behandlungsperiode wurden stadienspezifische morphologische Analysen des Parasiten und Bildgebung von mit Giemsa gefärbten Dünnfilmen durchgeführt.

Die Gametozyteninduktion kulturadaptierter menschlicher klinischer Isolate (KCH 016/19 und MGT 0063 von Kericho bzw. Marigat) wurde gemäß der veröffentlichten Methode durchgeführt (73). Während des Mediumwechsels an den Tagen 5, 8 und 12 nach der Induktion wurden regelmäßig Giemsa-gefärbte Abstriche angefertigt. Percoll-angereicherte Gametozyten (42 % Stadium IV; 58 % Stadium V) mit 2 % Hämatokrit wurden in 100 µL pro Vertiefung in vordosierte 96-Well-Platten mit 50 µL Isoliensinin (maximale Konzentration von 20 µg/ml) verteilt. 0,2 % (v/v) DMSO-Vehikel und PQ wurden als negative bzw. positive Kontrollen einbezogen. Die Parasiten wurden 72 Stunden lang bei 37 °C in einer feuchten Atmosphäre aus 90 % N2, 5 % CO2 und 5 % O2 inkubiert. Aus jeder Vertiefung wurden dünne Blutausstriche hergestellt, mit Giemsa gefärbt und die prozentuale Gametozytenhemmung anhand lichtmikroskopischer Ergebnisse von 2000–3000 Erythrozyten basierend auf der Kategorisierung der Morphologie bestimmt; verändert/deformiert (tot/sterbend) im Vergleich zu normal (gesund) [74]. Es wurden drei unabhängige Wiederholungen experimenteller Analysen durchgeführt (n = 3).

Zielvorhersagen für Isoliensinin wurden anhand einer öffentlich zugänglichen und kuratierten ChEMBL-Datenbank (https://www.ebi.ac.uk/chembl/) basierend auf seinen chemischen Fingerabdrücken wie zuvor beschrieben durchgeführt (75). Die jeweiligen Zielproteinsequenzen wurden aus der UniProt-Datenbank (https://uniprot.org/) abgerufen, um mithilfe der BLASTp-Funktion unter Standardeinstellungen eine Orthologiekartierung gegen PlasmoDB (www.plasmodb.org/) abzufragen. Die resultierenden Plasmodium-Proteinziele wurden auf der Grundlage der annotierten funktionellen Rollen (molekulare Funktion) unter Bezugnahme auf veröffentlichte stadienspezifische Transkriptom- und Proteomdaten gruppiert [10]. Um das molekulare Andocken von Isoliensinin an ausgewählten Zielen durchzuführen, wurden 3D-Homologiemodelle mithilfe des Homologiemodellierungsservers SWISS-MODEL (https://swissmodel.expasy.org) aus Proteinsequenzen (.fasta) erstellt, die aus PlasmoDB abgerufen wurden (zusätzliche Datei). 1: Tabelle S5). Die Qualität der resultierenden PDB-Strukturmodelle wurde mithilfe von Ramachandran-Plotparametern bewertet. Die Datei Isoliensinine 2D.sdf (ZINC42806008) wurde als Dockingligand aus der ZINC15-Datenbank heruntergeladen. Nach der Energieminimierung von Isoliensinin durch ein universelles Kraftfeld (uff; 200 Schritte) unter dem Algorithmus für konjugierte Gradienten und der Konvertierung in das AutoDock-Ligandenformat.pdbqt im OpenBabel-Tool wurden Docking-Simulationen mit AutoDock Vina in PyRx 0.8 – Virtual Screening Tool bei Standard-X:Y durchgeführt :Z 25 × 25 × 25 Å Vina-Suchraumeinstellung. Für jedes Ziel wurden Docking-Scores für die niedrigsten freien Bindungsaffinitätsenergien aufgezeichnet, eingestuft und Visualisierungen der 2D-Molekülwechselwirkungen analysiert, die mit Biovia Discovery Studio 2020 Visualizer (v20.1.0.19295; Dassault Systèmes) analysiert wurden. Isoliensinin-ADMET-Vorhersagen wurden auf SWISSADME (http://www.swissadme.ch) durchgeführt.

Für die Datenanalyse wurde die Software Graphpad Prism (GraphPad Prism v.7.0 für Windows, San Diego, CA) verwendet. Ein nichtlineares Regressionsmodell für normalisierte relative Fluoreszenzeinheiten (RFU) wurde an log10-transformierte Arzneimittelkonzentrationen für sigmoidale Dosis-Wirkungs-Diagramme angepasst, um die IC50-Werte für Asexuelle abzuschätzen. Die verwendeten Parameter waren; Logdose mit vier Parametern und variabler Steigung: Y = Unten + (Oben–Unten)/[1 + 10^((LogIC50-X) × HillSlope)] Anpassung. Zur Bestimmung der gametozytoziden IC50 wurden die durchschnittlichen prozentualen Hemmungen für jede Behandlungsdosis gegen die log10-transformierten Dosen unter Verwendung einer nichtlinearen Regressionsanalyse aufgetragen [74]. Die geometrischen mittleren IC50-Werte für kontinuierliche unmittelbare Ex-vivo-Daten (IEV) wurden mit 95 %-Konfidenzintervallen (95 %-KI) unter Verwendung von Spaltenstatistiken analysiert. Korrelationen zwischen den IC50-Werten zwischen Malariabehandlungen wurden durch die nichtparametrische Rangkoeffizientenanalyse nach Spearman berechnet. Unterschiede zwischen zwei unabhängigen Behandlungsgruppen wurden mit dem Student-t-Test analysiert und ein ap-Wert von weniger als 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.

Zunächst wurden 13 Pflanzenextrakte gegen P. falciparum W2 auf aktive Malariamittel untersucht. Die durch dieses Screening erzielten Ergebnisse führten zur Isolierung und Identifizierung eines aktiven Antimalariamittels im Rhizomextrakt von C. pariera (Menispermaceae), das sich als Isoliensinin herausstellte. Isoliensinin ist ein wirksamer Inhibitor des G1-Phasen-Zellzyklus mit Antikrebs- [76] und Anti-HIV-Replikationsaktivität [77] sowie einer zuvor berichteten Anti-Malaria-Aktivität einer kongenerischen Spezies C. mucronata (IC50Asexual = 124,3 ng/ml D6; 133,5). ng/ml W2) [64]. Wie bei der oben genannten Aktivität wurde aus C. pariera-Rhizomen isoliertes Isoliensinin auf seine antiplasmodiale Aktivität untersucht, um sein Aktivitätsprofil sowohl gegen asexuelle als auch gegen übertragbare sexuelle Stadien von Plasmodium pharmakologisch zu charakterisieren. Aus den in Tabelle 1 und Zusatzdatei 1: Tabelle S1 – S2 dargestellten Daten geht hervor, dass das Naturprodukt Isoliensinin die intraerythrozytische Replikation aller getesteten Parasiten im unteren mikromolaren Bereich hemmte (mittlerer IC50Asexual = 2,17 µM für D6, 2,22 µM für Dd2 und 2,39). µM für F32-ART5). Es wird weiterhin gezeigt, dass, ähnlich wie bei den Referenz-Malariamedikamenten; Artesunat (ARS), Dihydroartemisinin (DHA), Atovaquon (ATQ), Artemether (ARM), Piperaquin (PPQ) und Amodiaquin (AMQ), Isoliensinin zeigte keine Kreuzresistenz, RI (Resistenzindex) < 10 (Tabelle 1) , was auf einen möglicherweise anderen Hemm-/Abtötungsmechanismus schließen lässt. Bemerkenswerterweise zeigte die Isoliensinin-Behandlung eine signifikante fünffache Selektivität gegenüber Gametozyten im Spätstadium IV/V gegenüber Asexuellen (Student-T-Test, t = 8,464, p = 0,007), mit niedrigen mikromolaren mittleren IC50gam-Potenzwerten im Bereich von 0,41 bis 0,69 µM (Abb . 1B). Diese Beobachtung scheint auf eine bessere Empfindlichkeit und/oder Aufnahme des Malariamittels durch die weniger metabolisierenden Gametozyten im Spätstadium IV/V hinzudeuten, ähnlich einem aktuellen Befund mit Bichalcon-Lophiron E aus Lophira lanceolata (IC50gam = 0,14 µM, IC50Asexual = 12,23). µM W2, 38,47 µM 3D7) [52]. Durch Isoliensinin induzierte morphologische Verzerrungen bestanden aus: Schrumpfung, Verlust der äußeren Strukturkontur und Kernschäden (Abb. 1C).

Darüber hinaus behielt Isoliensinin bei Tests gegen Asexuelle von Plasmodium, die aus humanen klinischen Isolaten aus der Kisumu-Region gewonnen wurden, unter Verwendung eines unmittelbaren Ex-vivo-Anfälligkeitstests (IEV) konsistent seine therapeutische Wirksamkeit im niedrigen mikromolaren Bereich bei, und zwar bei einem geometrischen Mittelwert von IC50IEV = 1,433 µM (95 %-KI 0,917– 2,242, n = 10 Isolate (Zusatzdatei 1: Tabelle S3, Abb. 2). Es wurden jedoch keine signifikanten hemmenden Korrelationen basierend auf dem Korrelationskoeffizienten nach Spearman zwischen den gepaarten IC50s-Werten festgestellt, die auf eine Kreuzresistenz hinweisen könnten (Tabelle 2).

Verteilungsmuster der unmittelbaren Ex-vivo-Empfindlichkeiten klinischer Isolate von Plasmodium falciparum gegenüber Isoliensinin und Standard-Antimalariamedikamenten. Der geometrische Mittelwert des IC50sIEV für die 10 klinischen Isolate betrug: CQ = 0,011 µM (95 %-KI 0,008–0,016), AMQ = 0,005 µM (95 %-KI 0,004–0,007), DHA = 0,005 µM (95 %-KI 0,003–0,010), ARS = 0,002 µM (95 %-KI 0,002–0,004). ) , ART = 0,010 µM (95 %-KI 0,007–0,014), LUM = 0,132 µM (95 %-KI 0,070–0,250), QN = 0,062 µM (95 %-KI 0,038–0,102) und Isoliensinin = 1,433 µM (95 %-KI 0,917). –2.242). Jeder Punkt repräsentiert ein einzelnes Isolat. Die horizontalen Linien zwischen den Verteilungsmustern stellen die mittleren IC50-Werte für die jeweiligen Behandlungen dar

Nach der Charakterisierung des Anti-Malaria-Profils von Isoliensinin gegen Plasmodium-Parasiten wurde das genaue Zielstadium des ~ 48-stündigen intraerythrozytischen Zyklus bestimmt. Zunächst wurde ein zeitspezifischer SYBR Green I-Assay mit synchronen Dd2-Parasiten durchgeführt. Während der anfänglichen 24-stündigen Inkubation schienen die Parasiten gegenüber der Behandlung mit Isoliensinin unempfindlich zu sein und zeigten eine lineare Kurve. Die Aktivität trat jedoch zwischen 24 und 48 Stunden auf und erreichte zwischen 48 und 72 Stunden nach der Inkubation ihren Höhepunkt mit einer glatten Sigmoidkurve (Abb. 3A). Infolgedessen zeigte Isoliensinin in vitro eine relativ langsame anfängliche Anti-Malaria-Wirkung, ähnlich wie spät wirkende Antifolate, Sulfadoxin/Pyrimethamin und MMV390048 [36]. Um das genaue Stadium der Hemmung abzugrenzen, wurde eine hochsynchronisierte Dd2-Kultur im Ringstadium zu entsprechenden Zeitpunkten behandelt (siehe Methoden). Die Anti-Malaria-Aktivität wurde innerhalb des ersten 48-Stunden-Replikationszyklus ausgeübt. Dies schloss die Möglichkeit einer verzögerten Todeswirkung durch auf Apikoplasten gerichtete Antibiotika wie Doxycyclin, Azithromycin, Tetracyclin und Clindamycin aus, die als Folge eines gestörten prenylierungsabhängigen intrazellulären Transports auftreten [78]. Die Entwicklung von Plasmodium scheiterte deutlicher daran, über die späten Trophozoiten hinaus voranzukommen, was darauf hindeutet, dass sich in diesem Parasitenstadium vor der DNA-Replikation kritische Ziele befinden. Morphologisch gesehen zeigten mit Isoliensinin behandelte Parasiten pyknotische reife Trophozoiten, die von einer vergrößerten und blasenförmigen Plasmamembran umgeben waren (Abb. 3B), was teilweise die Auswirkungen eines gezielten Ionenungleichgewichts im Zusammenhang mit Ionophoren darstellte [32, 41]. Bei Schizonten wurden weitere schädliche Auswirkungen beobachtet, die durch eine fehlerhafte mitotische Teilung gekennzeichnet waren und aggregiertes Kernmaterial aufwiesen (Abb. 3B). Es wurde gezeigt, dass Isoliensinin in Tumorzellen die Zellteilung hemmt [76]. In ähnlicher Weise führte die Behandlung von Plasmodium Dd2-Trophozoiten mit Isoliensinin zwischen 29 und 41 hpi zu einem Mangel an reifen Schizontensegmentierern (Abb. 3B), der bei DMSO-behandelten Parasiten beobachtet wurde. Dieser schizontenspezifische Stillstand der Kern- und Zellteilung, der durch nicht geteiltes Kernmaterial gekennzeichnet ist, deutet auf eine beeinträchtigte mitotische Teilungsmaschinerie hin, die ansonsten zu 18–24 Kernen infektiöser Merozoiten führt. Solche verzögerten Behandlungsphänotypen ähneln denen von NITD609 (PfATP4-Inhibitor) [32], DDD107498 (Proteinsynthese – PfeEF2-Inhibitor) [33], AN3661 (Prä-mRNA-Verarbeitungsfaktor – PfCPSF3-Inhibitor) [79] und Cladosporin (Lysyl-tRNA-Synthetase). Inhibitor) [80], NED-19 (NAADP-Hemmung) [81], TCMDC-135051 (mRNA-Spleißen, PfCLK3-Inhibitor) [82], Aminopyrimidine und Oxo-β-Carboline (Prä-mRNA-Spleißen, CLKs-Inhibitoren) [83] und Tetrathiomolybdat (TTM) (Cu2+-Homöostase-Destabilisator) [84], was auf ähnliche mögliche Mechanismen schließen lässt.

Behandlungseffekte von Isoliensinin auf die Entwicklung von Plasmodium. Eine Zeitverlauf-Dosis-Wirkungs-Hemmkinetik der Isoliensin-Wirkung gegen Dd2 in vier unabhängigen Replikaten des SYBR Green I IC50-Geschwindigkeitstests (n = 4). Jeder Punkt stellt einen Mittelwert der experimentellen Wiederholungen für die repräsentativen Zeiträume dar und Fehlerbalken geben die Standardabweichung (SD) an. B Repräsentative Bilder, die stadienspezifische Effekte zeigen, die auf die Reifung reifer Trophozoiten und Schizonten ausgeübt werden. Nach der Behandlung mit 2,2 µM Isoliensinin wurden Abstriche angefertigt. Aliquote synchronisierter Dd2-Parasiten im 1 %-Parasitämie-Ringstadium wurden bei 5–16, 17–29 und 29–41 hpi behandelt. Die morphologische Untersuchung mittels Lichtmikroskopie unter einem 100-fachen Ölimmersionsobjektiv wurde verwendet, um die Stadiumsspezifität der Wirkung im Vergleich zur DMSO-Kontrollbehandlung zu ermitteln, wie im Abschnitt „Methoden“ beschrieben. Es wurden drei unabhängige experimentelle Wiederholungen durchgeführt (n = 3).

Ein bioinformatischer Ansatz, der auf historischen Assay-Daten basiert, wurde eingesetzt, um in einer öffentlich zugänglichen ChEMBL-Datenbank nach mutmaßlichen Proteinzielen zu suchen und 54 mutmaßliche aktive Ziele vorherzusagen (Zusatzdatei 1: Tabelle S4). Ein Großteil dieser primären Zielkandidaten gruppierte sich in G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) (18/54; 33,33 %), Kernproteine (9/54; 16,67 %), Proteasen (7/54; 12,96 %), Proteinkinasen ( 6/54; 11,11 %) und Oxidoreduktasen (5/54; 9,26 %) (Abb. 4A). Funktionell annotierte Plasmodium-homologe Ziele (36), gruppiert in; Proteinkinasen (8), Oxidoreduktasen (4), Kernproteine (5), Membranproteine (7), klonale Variantenproteine (4), Hydrolasen (2), andere (6) und 18 Unbekannte ohne plasmodiale Homologie (Abb. 4B). ). Die unbekannten Ziele waren 11 GPCRs, 2 Proteasen, 1 Kinase, 2 Hydrolasen und 2 Kernrezeptoren (Zusatzdatei 1: Tabelle S5). Bei der Klassifizierung auf der Grundlage ihrer plasmodialen Funktionen gruppiert sich die Mehrheit für Zellzyklusregulation (8) und Membranfunktionen (7), wobei einige wenige für Proteinphosphorylierung (4), RNA-Verarbeitung (4), Zytoadhärenz (4) und Fettsäurebiosynthese angereichert sind ( 2), Signaltransduktion (2), Stoffwechsel (2) und andere (3) (Abb. 4B). Basierend auf diesen Zielen wurde postuliert, dass der Anti-Malaria-Wirkmechanismus von Isoliensinin zweistufige Mechanismen beim Transmembrantransport und der mitotischen Teilung umfasst, die derzeit als prioritäre Anti-Malaria-Wirkstoffziele aktiv untersucht werden.

Zielanalysen zur Formulierung von Wirkhypothesen. Eine Verteilung der 54 vorhergesagten Zielklassen, die von Isoliensinin betroffen sind. Alle in der ChEMBL-Datenbank mit einer Konfidenz von 70–90 % für Isoliensinin vorhergesagten „aktiven“ markierten zellulären Ziele von Säugetieren (ID: ChEMBL502370) wurden aufgezeichnet und ihre Klassen identifiziert. In den Klammern ist die Gesamtzahl jeder Klasse angegeben. B: Funktionelle Klassifizierung der erfolgreich identifizierten Plasmodium-Homologen. Einschub: Angereicherte Zielklassen nach Homologiesuchen in PlasmoDB. Proteinsequenzen der jeweiligen vorhergesagten Ziele, die aus der UniProt-Datenbank (unter Verwendung von ChEMBL-IDs) abgerufen wurden, wurden verwendet, um PlasmoDB mithilfe der BLASTp-Funktion abzufragen. Die zurückgegebenen Orthologen wurden basierend auf der Identitätsbewertung mithilfe von Anmerkungen bei PlasmoDB und Charakterisierungsergebnissen aus veröffentlichter Literatur funktional klassifiziert

Um die In-silico-Zielvorhersagehypothese zu validieren, wurde eine umgekehrte molekulare Docking-Analyse gegen 66 Plasmodium-Zellteilungsregulationsproteine und 16 Transmembrantransporter durchgeführt, darunter 4 weitere Ziele mit ähnlichen Behandlungsphänotypen – ATP4, eEF2, CLK3 und CPSF3 (zusätzliche Datei 1: Tabelle S5). Es wurde festgestellt, dass vier essentielle Proteinkinasen priorisiert wurden; 2 Ser/Thr: PfCLK1 (− 10,0 kCal/mol) und PfCLK4 (− 9,8 kCal/mol); 1 Nima: PfNek1 (− 10,8 kCal/mol); und 1 CGMC: PfMap2 (− 10,0 kCal/mol) hatte hohe negative Wechselwirkungen der freien Bindungsenergie (< − 9,6 kCalmol−1 Cut-off) mit Isoliensinin an ihren jeweiligen Bindungstaschen (Tabelle 3). Ein einzelner wirkstoffverfügbarer transmembraner Laktat/H+-Symporter, PfFNT, interagierte stark mit Isoliensinin mit einem Bindungsenergiewert von −9,1 kCal/mol. Isoliensinin zeigte unterschiedliche Bindungsprofile mit Proteinresten der Plasmodium-Ziele unter Verwendung von sechs wichtigen Bindungswechselwirkungen; die konventionellen Wasserstoffbrückenbindungen, π-Kation-, π-Sigma-, π-Alkyl-, Alkyl- und Van-der-Waals-Kräfte (Abb. 5).

Bindungsmodi von Isoliensinin an Plasmodium-Zielproteine. a PfNek1, b PfMap2, c PfClk1 und d PfClk4. Zweidimensionale (2D) Interaktionsmodi von Isoliensinin mit den Plasmodium-Proteinzielen wurden mit Discovery Studio Visualizer nach molekularem Andocken in der PyRx-Software analysiert

Schließlich wurden die ADME-Eigenschaften von Isoliensinin hinsichtlich seiner Arzneimittelähnlichkeit, toxikologischen Risiken oder Pharmakokinetik mithilfe der webbasierten SWISSADME-Plattform profiliert. Die Ergebnisse sind in der Zusatzdatei 1: Tabelle S6 aufgeführt. Es wurde vorhergesagt, dass Isoliensinin einen optimalen oralen Bioverfügbarkeitswert, eine hohe Darmabsorption und keine Toxizität für fünf wichtige menschliche metabolische CYP450-Isoformen (CYP1A2, CYP2C19, CYP3A4, CYP2C9 und CYP2D6) aufweist. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass Isoliensinin die Blut-Hirn-Schranke nicht durchdringt, aber auf der Grundlage der p-Glykoprotein-Aktivität zelluläre Arzneimittelausflussmechanismen hemmen kann. Es wurden keine strukturellen Ähnlichkeiten zu Pan-Assay-Interferenzverbindungen (PAINS) gefunden. Strategien der medizinischen Chemie zur Verbesserung dieser Verbindung sollten sich jedoch auf ihre Löslichkeit in Wasser konzentrieren und das Molekulargewicht auf < 500 reduzieren. Mit einem solchen in silico ADME-Profil liefert Isoliensinin ein vielversprechendes Gerüst für die Arzneimittelentwicklung ohne potenzielle Haftungsrisiken.

Angesichts der anhaltenden weltweiten Malaria-Übertragungsraten und -Belastung ist die Suche nach geeigneten Interventionen, die die Infektiosität übertragbarer Gametozyten für Mücken möglicherweise außer Gefecht setzen könnten, weiterhin vorrangig. Diese Studie konzentrierte sich auf dieses schwer fassbare Ziel der Malaria-Eliminierung und war ein Versuch, den vorhandenen begrenzten chemischen Raum für dieses hervorgehobene Parasitenstadium zu erweitern. Sie identifizierte eine Bisbenzylisoquinolin-Verbindung (BBIQ) und charakterisierte umfassend ihre Anti-Malaria-Aktivität. Dieser BBIQ zeigte eine beträchtliche selektive gametozytozide Aktivität. Darüber hinaus hemmte das identifizierte Malariamittel die asexuelle Replikation, indem es den Übergang reifer Trophozoiten in Schizonten blockierte. Die Studienergebnisse liefern die erste detaillierte Charakterisierung des Anti-Malaria-Profils von Isoliensinin aus C. pariera-Rhizomen. In Übereinstimmung mit früheren Studien, in denen BBIQs als potenzielle Malariamittel beschrieben wurden, die auf asexuelle Stadien des Parasiten beschränkt waren [59,60,61,62], wurde auch nachgewiesen, dass Isoliensinin asexuelle Parasiten hemmt, wenn auch mit etwas geringerer Wirksamkeit. Abgesehen von dieser ersten Beobachtung hemmte Isoliensinin aktiv P. falciparum-Parasiten-Isolate aus menschlichen klinischen Proben bei einem geometrischen Mittelwert von IC50IEV = 1,433 µM. Vor dieser Studie wurde keines der zuvor gemeldeten BBIQs gegen moderne, klinisch gewonnene Parasitenisolate getestet. Diese beispiellose Erkenntnis birgt ein spannendes Potenzial für die Behandlung von Parasiten mit sehr unterschiedlichem genetischem Hintergrund, die sich aus dem aktuellen Selektionsdruck durch Artemisinin-basierte Kombinationstherapie (ACT) ergeben. Die aktuellen Ergebnisse zeigen deutlich, dass Isoliensinin eine beeindruckende gametozytozide Aktivität im Hinblick auf die Blockierung von Parasitenübertragungen besitzt. Eine solche Anfälligkeit von Gametozyten gegenüber Asexuellen gegenüber Isoliensinin deutet wahrscheinlich auf eine selektive Expression seiner Ziele in ersteren hin, was eine bessere Wirksamkeit ermöglicht. Ähnliche selektive Wirkungen zeigten Dihydroisochinolon [34], 1α,4α-Dihydroxybishopsolicepolid [46] und Bichalkone [52]. Dieses Phänomen wird jedoch aufgrund unterschiedlicher stadienspezifischer transkriptomischer und proteomischer Ausdrücke weiter untersucht [16].

Um die Aufmerksamkeit auf das Verständnis der Anti-Malaria-Wirkung von Isoliensinin zu lenken, wurden die Hemmkinetik und die Stadienspezifität der Wirkung bestimmt. Es wurde festgestellt, dass Isoliensinin relativ langsam wirkt und das Fortschreiten der Entwicklung später reifer asexueller Blutstadien hemmt, was zum Zusammenbruch der behandelten Nachkommen führt. Im Gegensatz zu den berichteten Ergebnissen einer früheren Studie [60], die zeigte, dass ein verwandtes BBIQ-Cepharanthin aus Stephania rotunda (Menispermaceae) Ringstadien durch Herunterregulieren der Maurer-Spalten hemmte, beeinflusste Isoliensinin tiefgreifend den Übergang von Trophozoiten zu Schizogonien im Spätstadium. Diese erkennbare Aktivitätsdiskrepanz könnte auf strukturelle chemische Effekte dieser Verbindungen hinweisen. Die mikroskopische Untersuchung der behandelten Parasiten deutete darauf hin, dass Isoliensinin während oder nach dem Beginn der DNA-Replikation wirkte und erfolgreiche plasmodiale Kernteilungen und -segregationen beeinträchtigte. Die der M-Phase entsprechende Schizontenbildung ist durch streng regulierte multiple asynchrone mitotische Teilungen gekennzeichnet [85], an denen verschiedene, noch ungelöste molekulare Akteure beteiligt sind. Es ist zwar allgemein anerkannt, dass BBIQs eine hohe Affinität zu Ca2+-abhängigen Zielen mit zweiwertigen Kationen aufweisen, es war jedoch unklar, ob Isoliensinin einem ähnlichen Weg folgte, um seine Anti-Malaria-Wirkung auszuüben. Die Behandlung mit Isoliensinin schien jedoch wichtige regulatorische Proteine zu beeinträchtigen, die für die Ionenhomöostase und die mitotische Teilung während der Schizogonie erforderlich sind. Von entscheidender Bedeutung ist, dass der ausgeübte Phänotyp die Anti-Malaria-Wirkung verschiedener Ionenkanalinhibitoren widerspiegelt [32, 81, 84]. Obwohl dieser Mechanismus teilweise vorherrschend sein könnte, deutet das beobachtete Versagen der Schizontenmitose auf indirekte Effektoreffekte durch sekundäre Botenstoffe hin, wie sie für einen verwandten BBIQ-Wirkstoff gegen Krebs, Tetrandrin, vorgeschlagen wurden [86]. Freie zelluläre Ionen wie Ca2+ steuern wichtige Zytokineseereignisse [87], und eine bidirektionale Störung könnte die beobachteten Parasitenphänotypen aufgrund eines zytosolischen pH-Ungleichgewichts und hemmender Effektorsignale unterstreichen.

Fasziniert von den beobachteten Behandlungseffekten und der relativ teilweisen Erforschung der Anti-Malaria-Wirkmechanismen verschiedener BBIQs wurden die Ziele von Isoliensinin rechnerisch ermittelt. Solche Versuche, den Wirkungsmechanismus von Isoliensinin anhand seiner chemischen Fingerabdrücke aufzuklären, führten uns dazu, die Beteiligung von regulatorischen Proteinen für den Transmembrantransport und die mitotische Teilung zu postulieren, was die beobachteten phänotypischen Behandlungseffekte stützte. Die Analyse ergab eine Bereicherung von; Pf3D7_0904900 (Cu2+ ATPase), Pf3D7_1352100 (Mdr6), Pf3D7_1303500 (Nhe-1), Pf3D7_1235200 (Vp2) und Pf3D7_0830500 verdeutlichen eine aktive Wechselwirkung mit Transmembrantransportern für gelöste Stoffe sowohl einwertiger als auch zweiwertiger Kationen sowie den Transport von Aminosäuren. Frühere Studien haben gezeigt, dass Inhibitoren gelöster Träger wirksam gametozytozid sind [22, 30, 41]. Da in Gametozyten im Spätstadium über eine hohe Expression von membranangereicherten Proteinen berichtet wurde [88] und basierend auf der Tatsache, dass diese oben genannten Verbindungen auf Membranionentransporter abzielen, stützen unsere Daten das Argument, dass Gametozyten im Spätstadium wahrscheinlich für Ionen durchlässig sind Homöostase-Störer. Bei Asexuellen sorgen solche transmembranen Transporter für gelöste Stoffe für die Aufrechterhaltung der zytosolischen Ionenhomöostase und für attraktive Wirkstoffziele für verschiedene Malariamedikamente [89]. Einige dieser Transmembran-Ionentransporter reagieren resistent auf bedingte Gendeletionen und sind daher für die schizogonische Replikation von Parasiten unverzichtbar. Aufgrund der starken morphologischen Verzerrungen war es daher unwahrscheinlich, einen möglichen ähnlichen Mechanismus, der den Transmembrantransport beinhaltet, von der Anti-Malaria-Wirkung von Isoliensinin auszuschließen.

Darüber hinaus wurden erkennbare Auswirkungen auf behandelte Schizonten festgestellt, die ihr Kernmaterial nicht teilen konnten. Die Zielanreicherung der vorhergesagten Plasmodium-Proteine zeigte die höchste Anzahl zuvor charakterisierter Zellzyklusregulatoren, die den beobachteten Entwicklungsstillstand unterstreichen könnten. Zum Beispiel Chromatin-Modifikatoren; Pf3D7_1211600 (LSD1), Pf3D7_0809900 (JmjC1) und Pf3D7_1212900 (BDP2) erreichen ihren Höhepunkt während der Schizonten [90], und es ist davon auszugehen, dass die entsprechenden Wirkungen von Isoliensinin in diesem Stadium ausgeprägter waren. Medikamente, die auf die Epigenetik abzielen [91], üben vielversprechende anti-asexuelle und gametozytozide Aktivitäten aus. Zu den weiteren medikamentös behandelbaren Zielen, die durch die für eine erfolgreiche Schizontenentwicklung erforderlichen Vorhersagen identifiziert wurden, gehören die Ca2+-abhängige Cysteinprotease Calpain (Pf3D7_1362400), PI4K (Pf3D7_0509800) [92], dfhr-TS (Pf3D7_0417200), CDPK7 (Pf3D7_1123100), PKB (Pf3D7_ 1246900), und Kaseinkinase 2 (Pf3D7_1108400) [93]. Aus den molekularen Docking-Analysen geht jedoch eine bemerkenswerte Affinität für vier essentielle Proteinkinasen der mitotischen Teilung hervor; PfNek1, PfCLK1, PfCLK4 und PfMap2 wurden notiert. Orthologe für diese Proteinkinasen stabilisieren die Kinetochor-Mikrotubuli-Bindung von Zentrosomen, um mitotische Ereignisse bei Protozoen und das Fortschreiten des Zellzyklus zu regulieren (94, 95) und bieten Möglichkeiten für das gezielte Wirkstoff-Targeting. In Plasmodium phosphorylieren die Cyclin-abhängigen Kinase-ähnlichen Kinasen (CLKs) Serin/Arginin-reiche Prä-mRNA-Spleißfaktorsubstrate. Es wurde berichtet, dass ihre chemischen Knockouts den Trophozoiten-Schizonten-Übergang hemmen, die Gametozytenentwicklung beeinträchtigen und die Exflagellation männlicher Gameten sowie die Prävalenz von Mückeninfektionen auf 50 % reduzieren [82, 83]. Das Plasmodium Never-in-Mitosis-Gen A (PfNek1) reguliert den Zellzyklus beim Trophozoiten/Schizonten-Übergang und bei männlichen Gametozyten (96), während PfMap2 bei asexuellen und Ookineten exprimiert wird und für die männliche Gametogenese essentiell ist (97). Daher ist es nicht verwunderlich, dass die mögliche Wechselwirkung von Isoliensinin mit diesen Plasmodium-Proteinkinasen zu ähnlichen Behandlungsergebnissen hätte führen können.

Da die In-silico-Ansätze zu ADME-Eigenschaften für eine neue bioaktive Verbindung Strategien zur strukturellen Optimierung formulieren könnten, zeigten die Analysen ein akzeptables pharmakokinetisches Profil für Isoliensinin. Es wurde festgestellt, dass weitere Priorisierungsstudien zur Verbesserung der Arzneimittelähnlichkeit auf die Löslichkeit in Wasser und die Reduzierung des Molekulargewichts auf die akzeptable Grenze von < 500 abzielen.

Die wichtigste Validierungsstrategie der Malaria-Übertragungsblockierungsaktivität für jeden Medikamentenkandidaten besteht überwiegend in einem Mosquito Standard Membran Feeding Assay (SMFA). Es wird jedoch davon ausgegangen, dass eine Unterbrechung der Bildung und Reifung der Schizonten die Gametozytämie von Plasmodium verringern könnte. Darüber hinaus verspricht die selektive Abtötung von Gametozyten im Spätstadium IV/V durch Isoliensinin einen bemerkenswerten Weg zur Reduzierung infektiöser Parasiten und zukünftige SMFA-Erforschungen dieses Antimalariamittels. SMFAs werden außerdem über die potenziellen Verbreitungsmechanismen für die Einführung von Technologien informieren, die Isoliensinin an Zielvektoren oder an der Schnittstelle zum menschlichen Wirt einsetzen. Zusammenfassend zeigten die Ergebnisse, dass Isoliensinin, ein aus C. pariera-Rhizomen isoliertes BBIQ, ein Antimalariamittel ist, das selektiv gametozytozid wirkt. Diese Studie empfiehlt, die Einschränkung der mikroskopischen Auslesung zur Abschätzung der gametozytoziden Aktivität aufzulösen und durch bessere Fluoreszenztests zu validieren. Dennoch unterstützen die vorgelegten Beweise weitere Charakterisierungs- und Entwicklungsbemühungen dieses vielversprechenden Leitgerüsts zur Blockierung der Malariaübertragung mit optimalem ADME-Profil.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem Artikel und seinen zusätzlichen Informationsdateien enthalten.

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Wir danken Edwin W. Mwakio, Farid S. Abdi und Charles O. Okudo vom Malaria Drug Resistance (MDR) Laboratory am US Army Medical Research Directorate-Africa (USAMRD-A), Kisian Field Station, für die technische Unterstützung.

Diese Studie wurde vom Postgraduate Scholarship Award des Higher Education Loans Board (HELB) und der International Foundation for Science (IFS), Stockholm, Schweden, durch ein an JMM* vergebenes Stipendium mit der Nummer I-1-F-6439-1 unterstützt. Die Fördergeber beteiligten sich nicht an der Gestaltung der Studie und der Erhebung, Analyse und Interpretation der Daten sowie an der Erstellung des Manuskripts.

James M. Mutunga, Meshack A. Obonyo, Merid N. Getahun, Ramadhan S. Mwakubambanya, Hoseah M. Akala, Agnes C. Cheruiyot, Redemptah A. Yeda, Dennis W. Juma, Ben Andagalu, Jaree L. Johnson und Amanda L .Roth

Aktuelle Adresse: School of Engineering Design, Technology and Professional Programs, Pennsylvania State University, University Park, PA, 16802, USA

Abteilung für Biochemie, Jomo Kenyatta University of Agriculture and Technology (JKUAT), Nairobi, Kenia

Jackson M. Muema und Joel L. Bargul

Direktion für medizinische Forschung der US-Armee in Afrika (USAMRD-A), Zentrum für globale Gesundheitsforschung (CGHR), Kenya Medical Research Institute (KEMRI), Kisumu, Kenia

Jackson M. Muema, James M. Mutunga, Hosea M. Akala, Agnes C. Cheruiyot, Redemptah A. Yeda, Dennis W. Juma, Ben Andagalu, Jaree L. Johnson und Amanda L. Roth

Abteilung für Biowissenschaften, School of Pure and Applied Sciences, Mount Kenya University, Thika, Kenia

James M. Ende

Abteilung für Biochemie und Molekularbiologie, Egerton University, Egerton, Kenia

Meshack A. Obonyo & Ramadhan S. Mwabambanya

Internationales Zentrum für Insektenphysiologie und -ökologie (Icipe), Nairobi, Kenia

Merid N. Getahun und Joel L. Bargul

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JMM*, JMM, MAO, HMA, RSM und JLB entwarfen die experimentellen Studien und überwachten die Datenerfassung. MNG, HMA, DWJ, BA, JLJ, ALR, JLB stellten die Lernmaterialien zur Verfügung. JMM* führte einen Großteil der Screening-Analysen mit technischer Unterstützung von ACC und RAY durch. JMM* führte Datenanalysen durch und verfasste den ersten Manuskriptentwurf. Alle Autoren haben die endgültige Manuskriptversion überprüft und genehmigt. Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Jackson M. Muema oder Joel L. Bargul.

Unzutreffend.

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden Interessen haben.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

: Methoden S1; Tabelle S1: Anti-Malaria-Screening von Pflanzenextrakten mittels SYBR Green I-Assay; Tabelle S2: Anti-Malaria-Aktivitätswerte von C. pariera-Lösungsmittelfraktionen; Tabelle S3: Sofortige Ex-vivo-Empfindlichkeiten klinischer Plasmodium-Isolate gegenüber Isoliensinin im Vergleich zu Standard-Malariamedikamenten in µM; Tabelle S4: Vorhergesagte Isoliensininprotein-Ziele; Tabelle S5: Molekulares Andocken von Plasmodium-Targets an Isoliensinin; Tabelle S6: ADME-Vorhersageprofil für Isoliensinin von der SWISSADME-Plattform. Abb. S1: Cissampelos pariera in seinem natürlichen Ökosystem und den Wurzelrhizomen; Abb. S2: LC-MS/MS-Fragmentierung von Isoliensinin.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Muema, JM, Mutunga, JM, Obonyo, MA et al. Isoliensinin aus Cissampelos pariera-Rhizomen zeigt potenzielle gametozytozide und antimalariahemmende Wirkung gegen klinische Isolate von Plasmodium falciparum. Malar J 22, 161 (2023). https://doi.org/10.1186/s12936-023-04590-7

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Eingegangen: 24. Dezember 2022

Angenommen: 15. Mai 2023

Veröffentlicht: 20. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1186/s12936-023-04590-7

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