Structure-Based Discovery of Mycobacterium tuberculosis VapC30-Activating Stapled Peptides

Abstract

Toxin-antitoxin (TA) systems have been considered essential factors for bacterial survival. During our drug development program aimed against tuberculosis (TB), we discovered certain peptides that mimic the binding of the VapBC30 complex, leading to the arrest of bacterial cell growth and eventually cell death. Herein, we optimized these candidate peptides based on a hydrocarbon stapling strategy and performed biological in vitro evaluations. The V30-SP-8 peptide successfully penetrated Mycobacterium smegmatis cell membranes and exerted bactericidal activity at a minimum inhibitory concentration that inhibited 50% of the isolates (MIC50) between 12.5 M and 25.0 M. With the aid of structural and biochemical information for the VapBC30 TA system from M. tuberculosis, we suggest potential antimicrobial agents that could provide a platform to establish a novel antibacterial strategy. Reflecting the limited number of therapeutic agents targeting TA systems, we believe that this study not only provides chemical tools for exploring the biological events relevant to TA systems but also opens a new gateway toward TB drug discovery.

독소-항독소 시스템은 박테리아의 생존에 필수적인 요소로 알려 져 있습니다. 저희가 결핵균을 타겟으로 하는 신약 개발 과정을 수행하는 동안, 저희 연구실은 VapBC30 복합체의 결합을 모방한 특정 펩타이드들이 박테리아의 성장을 억제하고 결국에는 사멸하 게 만든다는 사실을 발견하였습니다. 여기서 저희는 이 후보물질 들을 최적화하기 위하여 stapling 기술을 적용한 후, 생물학적 평 가를 진행하였습니다. 평가 결과, 여러 후보 물질들 중 V30-SP- 8 펩타이드가 Mycobacterium smegmatis의 세포벽을 성공적으로 투과하고, 12.5M과 25.0M 사이의 농도에서 MIC50를 가진다는 것을 확인하였습니다. M. tuberculosis에서 유래한 VapBC30 TA system의 구조 정보와 생화학적인 정보를 바탕으로 잠재적인 새 로운 항생물질을 제시하고, 새로운 신약개발의 전략을 제시했습니 다. 또한, TA 시스템 기반의 약물은 거의 전무하다는 것을 감안하 면, 이것은 단순히 TA 시스템과 연관된 물질을 탐구한 것이 아니 라 항결핵제의 새로운 발견을 시작을 시사하는 연구입니다.