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Planke T, Cirnski K, Herrmann J, Müller R, Kirschning A. Synthetic and Biological Studies on New Urea and Triazole Containing Cystobactamid Derivatives. Chemistry 2020; 26:4289-4296. [PMID: 31834653 PMCID: PMC7186842 DOI: 10.1002/chem.201904073] [Citation(s) in RCA: 9] [Impact Index Per Article: 2.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/04/2019] [Indexed: 12/02/2022]
Abstract
Cystobactamids belong to the group of arene-based oligoamides that effectively inhibit bacterial type IIa topoisomerases. Cystobactamid 861-2 is the most active member of these antibiotics. Most amide bonds present in the cystobactamids link benzoic acids with anilines and it was found that some of these amide bonds undergo chemical and enzymatic hydrolysis, especially the one linking ring C with ring D. This work reports on the chemical synthesis and biological evaluation of thirteen new cystobactamids that still contain the methoxyaspartate hinge. However, we exchanged selected amide bonds either by the urea or the triazole groups and modified ring A in the latter case. While hydrolytic stability could be improved with these structural substitutes, the high antibacterial potency of cystobactamid 861-2 could only be preserved in selected cases. This includes derivatives, in which the urea group is positioned between rings A and B and where the triazole is found between rings C and D.
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Affiliation(s)
- Therese Planke
- Institut für Organische Chemie und Biomolekulares Wirkstoffzentrum (BMWZ), Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167, Hannover, Germany
| | - Katarina Cirnski
- Abteilung Mikrobielle Naturstoffe, Helmholtz Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung und Universität des Saarlandes, Campus E8.1, 66123, Saarbrücken, Germany
- Deutsches Zentrum für Infektionsforschung (DZIF), Standort Hannover-Braunschweig, Inhoffenstraße 7, 38124, Braunschweig, Germany
| | - Jennifer Herrmann
- Abteilung Mikrobielle Naturstoffe, Helmholtz Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung und Universität des Saarlandes, Campus E8.1, 66123, Saarbrücken, Germany
- Deutsches Zentrum für Infektionsforschung (DZIF), Standort Hannover-Braunschweig, Inhoffenstraße 7, 38124, Braunschweig, Germany
| | - Rolf Müller
- Abteilung Mikrobielle Naturstoffe, Helmholtz Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung und Universität des Saarlandes, Campus E8.1, 66123, Saarbrücken, Germany
- Deutsches Zentrum für Infektionsforschung (DZIF), Standort Hannover-Braunschweig, Inhoffenstraße 7, 38124, Braunschweig, Germany
| | - Andreas Kirschning
- Institut für Organische Chemie und Biomolekulares Wirkstoffzentrum (BMWZ), Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167, Hannover, Germany
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Moeller M, Norris MD, Planke T, Cirnski K, Herrmann J, Müller R, Kirschning A. Scalable Syntheses of Methoxyaspartate and Preparation of the Antibiotic Cystobactamid 861-2 and Highly Potent Derivatives. Org Lett 2019; 21:8369-8372. [DOI: 10.1021/acs.orglett.9b03143] [Citation(s) in RCA: 9] [Impact Index Per Article: 1.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/29/2022]
Affiliation(s)
- Malte Moeller
- Institut für Organische Chemie und Biomolekulares Wirkstoffzentrum (BMWZ) der Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167 Hannover, Germany
| | - Matthew D. Norris
- Institut für Organische Chemie und Biomolekulares Wirkstoffzentrum (BMWZ) der Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167 Hannover, Germany
| | - Therese Planke
- Institut für Organische Chemie und Biomolekulares Wirkstoffzentrum (BMWZ) der Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167 Hannover, Germany
| | - Katarina Cirnski
- Abteilung Mikrobielle Naturstoffe, Helmholtz Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung und Universität des Saarlandes, Campus E8.1, 66123 Saarbrücken, Germany
| | - Jennifer Herrmann
- Abteilung Mikrobielle Naturstoffe, Helmholtz Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung und Universität des Saarlandes, Campus E8.1, 66123 Saarbrücken, Germany
| | - Rolf Müller
- Abteilung Mikrobielle Naturstoffe, Helmholtz Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung und Universität des Saarlandes, Campus E8.1, 66123 Saarbrücken, Germany
| | - Andreas Kirschning
- Institut für Organische Chemie und Biomolekulares Wirkstoffzentrum (BMWZ) der Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167 Hannover, Germany
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Planke T, Moreno M, Hüttel S, Fohrer J, Gille F, Norris MD, Siebke M, Wang L, Müller R, Kirschning A. Cystobactamids 920-1 and 920-2: Assignment of the Constitution and Relative Configuration by Total Synthesis. Org Lett 2019; 21:1359-1363. [DOI: 10.1021/acs.orglett.9b00058] [Citation(s) in RCA: 13] [Impact Index Per Article: 2.6] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/28/2022]
Affiliation(s)
- Therese Planke
- Institut für Organische Chemie und Biomolekulares Wirkstoffzentrum (BMWZ) der Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167 Hannover, Germany
| | - María Moreno
- Institut für Organische Chemie und Biomolekulares Wirkstoffzentrum (BMWZ) der Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167 Hannover, Germany
| | - Stephan Hüttel
- Abteilung Mikrobielle Naturstoffe, Helmholtz Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung und Universität des Saarlandes, Campus E8.1, 66123 Saarbrücken, Germany
| | - Jörg Fohrer
- Institut für Organische Chemie und Biomolekulares Wirkstoffzentrum (BMWZ) der Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167 Hannover, Germany
| | - Franziska Gille
- Institut für Organische Chemie und Biomolekulares Wirkstoffzentrum (BMWZ) der Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167 Hannover, Germany
| | - Matthew D. Norris
- Institut für Organische Chemie und Biomolekulares Wirkstoffzentrum (BMWZ) der Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167 Hannover, Germany
| | - Maik Siebke
- Institut für Organische Chemie und Biomolekulares Wirkstoffzentrum (BMWZ) der Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167 Hannover, Germany
| | - Liangliang Wang
- Institut für Organische Chemie und Biomolekulares Wirkstoffzentrum (BMWZ) der Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167 Hannover, Germany
| | - Rolf Müller
- Abteilung Mikrobielle Naturstoffe, Helmholtz Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung und Universität des Saarlandes, Campus E8.1, 66123 Saarbrücken, Germany
| | - Andreas Kirschning
- Institut für Organische Chemie und Biomolekulares Wirkstoffzentrum (BMWZ) der Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167 Hannover, Germany
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Hüttel S, Testolin G, Herrmann J, Planke T, Gille F, Moreno M, Stadler M, Brönstrup M, Kirschning A, Müller R. Entdeckung und Totalsynthese von natürlichen Cystobactamid‐Derivaten mit herausragender Aktivität gegen Gram‐negative Pathogene. Angew Chem Int Ed Engl 2017. [DOI: 10.1002/ange.201705913] [Citation(s) in RCA: 12] [Impact Index Per Article: 1.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 01/22/2023]
Affiliation(s)
- Stephan Hüttel
- Abteilung Mikrobielle Naturstoffe Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung Universitätscampus E8 1 66123 Saarbrücken Deutschland
- Abteilung Mikrobielle Wirkstoffe Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung Inhoffenstraße 7 38124 Braunschweig Deutschland
- Deutsches Zentrum für Infektionsforschung, DZIF Standort Hannover-Braunschweig Deutschland
| | - Giambattista Testolin
- Abteilung Chemische Biologie Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung Inhoffenstraße 7 38124 Braunschweig Deutschland
| | - Jennifer Herrmann
- Abteilung Mikrobielle Naturstoffe Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung Universitätscampus E8 1 66123 Saarbrücken Deutschland
- Deutsches Zentrum für Infektionsforschung, DZIF Standort Hannover-Braunschweig Deutschland
| | - Therese Planke
- Institut für Organische Chemie Leibniz Universität Hannover Schneiderberg 1B 30167 Hannover Deutschland
| | - Franziska Gille
- Institut für Organische Chemie Leibniz Universität Hannover Schneiderberg 1B 30167 Hannover Deutschland
| | - Maria Moreno
- Institut für Organische Chemie Leibniz Universität Hannover Schneiderberg 1B 30167 Hannover Deutschland
| | - Marc Stadler
- Abteilung Mikrobielle Wirkstoffe Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung Inhoffenstraße 7 38124 Braunschweig Deutschland
- Deutsches Zentrum für Infektionsforschung, DZIF Standort Hannover-Braunschweig Deutschland
| | - Mark Brönstrup
- Deutsches Zentrum für Infektionsforschung, DZIF Standort Hannover-Braunschweig Deutschland
- Abteilung Chemische Biologie Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung Inhoffenstraße 7 38124 Braunschweig Deutschland
| | - Andreas Kirschning
- Institut für Organische Chemie Leibniz Universität Hannover Schneiderberg 1B 30167 Hannover Deutschland
| | - Rolf Müller
- Abteilung Mikrobielle Naturstoffe Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung Universitätscampus E8 1 66123 Saarbrücken Deutschland
- Deutsches Zentrum für Infektionsforschung, DZIF Standort Hannover-Braunschweig Deutschland
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Hüttel S, Testolin G, Herrmann J, Planke T, Gille F, Moreno M, Stadler M, Brönstrup M, Kirschning A, Müller R. Discovery and Total Synthesis of Natural Cystobactamid Derivatives with Superior Activity against Gram-Negative Pathogens. Angew Chem Int Ed Engl 2017; 56:12760-12764. [PMID: 28730677 DOI: 10.1002/anie.201705913] [Citation(s) in RCA: 53] [Impact Index Per Article: 7.6] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/10/2017] [Indexed: 11/07/2022]
Abstract
Antibiotic discovery and development is challenging as chemical scaffolds of synthetic origin often lack the required pharmaceutical properties, and the discovery of novel ones from natural sources is tedious. Herein, we report the discovery of new cystobactamids with a significantly improved antibacterial profile in a detailed screening of myxobacterial producer strains. Some of these new derivatives display antibacterial activities in the low-μg mL-1 range against Gram-negative pathogens, including clinical isolates of Klebsiella oxytoca, Pseudomonas aeruginosa, and fluoroquinolone-resistant Enterobacteriaceae, which were not observed for previously reported cystobactamids. Our findings provide structure-activity relationships and show how pathogen resistance can be overcome by natural scaffold diversity. The most promising derivative 861-2 was prepared by total synthesis, enabling further chemical optimization of this privileged scaffold.
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Affiliation(s)
- Stephan Hüttel
- Abteilung Mikrobielle Naturstoffe, Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, Universitätscampus E8 1, 66123, Saarbrücken, Germany.,Abteilung Mikrobielle Wirkstoffe, Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, Inhoffenstrasse 7, 38124, Braunschweig, Germany.,Deutsches Zentrum für Infektionsforschung, DZIF, Standort Hannover-Braunschweig, Germany
| | - Giambattista Testolin
- Abteilung Chemische Biologie, Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, Inhoffenstrasse 7, 38124, Braunschweig, Germany
| | - Jennifer Herrmann
- Abteilung Mikrobielle Naturstoffe, Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, Universitätscampus E8 1, 66123, Saarbrücken, Germany.,Deutsches Zentrum für Infektionsforschung, DZIF, Standort Hannover-Braunschweig, Germany
| | - Therese Planke
- Institut für Organische Chemie, Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167, Hannover, Germany
| | - Franziska Gille
- Institut für Organische Chemie, Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167, Hannover, Germany
| | - Maria Moreno
- Institut für Organische Chemie, Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167, Hannover, Germany
| | - Marc Stadler
- Abteilung Mikrobielle Wirkstoffe, Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, Inhoffenstrasse 7, 38124, Braunschweig, Germany.,Deutsches Zentrum für Infektionsforschung, DZIF, Standort Hannover-Braunschweig, Germany
| | - Mark Brönstrup
- Deutsches Zentrum für Infektionsforschung, DZIF, Standort Hannover-Braunschweig, Germany.,Abteilung Chemische Biologie, Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, Inhoffenstrasse 7, 38124, Braunschweig, Germany
| | - Andreas Kirschning
- Institut für Organische Chemie, Leibniz Universität Hannover, Schneiderberg 1B, 30167, Hannover, Germany
| | - Rolf Müller
- Abteilung Mikrobielle Naturstoffe, Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland, Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, Universitätscampus E8 1, 66123, Saarbrücken, Germany.,Deutsches Zentrum für Infektionsforschung, DZIF, Standort Hannover-Braunschweig, Germany
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