Two Distinct Mechanisms of Inhibition of LpxA Acyltransferase Essential for Lipopolysaccharide Biosynthesis

化学 酰基转移酶 非竞争性抑制剂 生物化学 大肠杆菌 生物合成 药物发现 抗菌活性 脂多糖 脂质A 细菌 非竞争性抑制 生物 基因 遗传学 内分泌学
作者
Wooseok Han,Xiaolei Ma,Carl J. Balibar,Christopher M. Rath,Bret M. Benton,Alun Bermingham,Fergal Casey,B. Chie-Leon,Min‐Kyu Cho,Andreas O. Frank,Alexandra Frommlet,Chi-Min Ho,Patrick S. Lee,Min Li,Andreas Lingel,Sylvia Ma,Hanne Merritt,Elizabeth Ornelas,Gianfranco De Pascale,Ramadevi Prathapam
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (9): 4445-4455 被引量:29
标识
DOI:10.1021/jacs.9b13530
摘要

The lipopolysaccharide biosynthesis pathway is considered an attractive drug target against the rising threat of multi-drug-resistant Gram-negative bacteria. Here, we report two novel small-molecule inhibitors (compounds 1 and 2) of the acyltransferase LpxA, the first enzyme in the lipopolysaccharide biosynthesis pathway. We show genetically that the antibacterial activities of the compounds against efflux-deficient Escherichia coli are mediated by LpxA inhibition. Consistently, the compounds inhibited the LpxA enzymatic reaction in vitro. Intriguingly, using biochemical, biophysical, and structural characterization, we reveal two distinct mechanisms of LpxA inhibition; compound 1 is a substrate-competitive inhibitor targeting apo LpxA, and compound 2 is an uncompetitive inhibitor targeting the LpxA/product complex. Compound 2 exhibited more favorable biological and physicochemical properties than compound 1 and was optimized using structural information to achieve improved antibacterial activity against wild-type E. coli. These results show that LpxA is a promising antibacterial target and imply the advantages of targeting enzyme/product complexes in drug discovery.
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