フルオロキノロン類のN1-Benzofused修飾はグラム陰性菌に対する活性を低下させる

N1-Benzofused Modification of Fluoroquinolones Reduces Activity Against Gram-Negative Bacteria.

• Mark Laws
• Charlotte Hind
• Andrea Favaron
• Shirin Jamshidi
• Bonnie Evans
• Melanie Clifford
• J Mark Sutton
• Khondaker Miraz Rahman

抄録

フルオロキノロン系抗生物質は、構造活性相関（SAR）が確立されており、臨床でも長い歴史を持っているが、N1位の電子豊富なベンゾフューズド置換基の効果については、まだ十分な研究がなされていない。この位置にある基はトポイソメラーゼ-DNA結合複合体の一部であり、DNAの主要な溝と疎水性相互作用を形成しているため、電子豊富なベンゾフューズドN1置換基がこの相互作用を増強する可能性があると考えられた。分子モデリング技術を用いて、シプロフロキサシンやノルフロキサシンと比較して、DNAジラーゼ標的に対する特定のN1修飾フルオロキノロンの結合を評価した。続いて，7種類のN1修飾フルオロキノロンを合成し，グラム陰性病原体のパネルに対して試験を行い，最小阻害濃度（MIC）を決定した．グラム陰性菌の外膜透過性を膜透過剤であるポリミキシンB非ペプチドを用いて調べ，複合流出抵抗性-結節性-分画系流出トランスポーターを既知の流出ポンプ阻害剤であるフェニルアラニンアルギニンβ-ナフチルアミドを用いて評価した。さらに、代表的な化合物の標的阻害活性を無細胞環境下で決定した。その結果、N1置換基の疎水性と活性の間には相関関係が認められ、疎水性が高くなると活性が低下することがわかった。疎水性が最も高い化合物は溶解性が低いため不活性であり，疎水性が中程度の化合物は外膜透過性が低下し，トポイソメラーゼ標的の阻害が低下するため不活性であった。この研究は、フルオロキノロンのSARに新たな情報を追加し、フルオロキノロンのN1位の大きな疎水性置換基の限られた有用性を示唆している。

The fluoroquinolone class of antibiotics has a well-established structure-activity relationship (SAR) and a long history in the clinic, but the effect of electron-rich benzofused substituents at the N1 position remains poorly explored. Because groups at this position are part of the topoisomerase-DNA binding complex and form a hydrophobic interaction with the major groove of DNA, it was hypothesized that an electron-rich benzofused N1 substituent could enhance this interaction. Molecular modeling techniques were employed to evaluate the binding of certain N1-modified fluoroquinolones to DNA gyrase targets from both and species compared with ciprofloxacin and norfloxacin. Seven N1-modified fluoroquinolones were subsequently synthesized and tested against a panel of Gram-negative pathogens to determine minimum inhibitory concentration (MIC) values. Gram-negative outer membrane penetration was investigated using the membrane permeabilizer polymyxin B nonapeptide and compound efflux resistance-nodulation-division-family efflux transporters was evaluated using the known efflux pump inhibitor phenylalanine-arginine β-naphthylamide. Additionally, the target inhibitory activity of representative compound was determined in a cell-free environment. A correlation between N1 substituent hydrophobicity and activity was observed across the MIC panel, with compound activity decreasing with increased hydrophobicity. Those compounds with highest hydrophobicity were inactive because of poor solubility profiles whereas compounds with intermediate hydrophobicity were inactive because of impaired outer membrane penetration, and reduced inhibition of topoisomerase targets, the latter in contrast to modeling predictions. This study adds new information to the fluoroquinolone SAR and suggests limited utility of large hydrophobic substituents at the N1 position of fluoroquinolones.

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