ERA-NET HIVERA: Természetes és természetes alapú szintetikus HIV integráz gátlók új családjának fejlesztése
Title in English
ERA-NET HIVERA: Development of a novel family of natural and natural product based synthetic HIV Integrase inhibitors
Keywords in Hungarian
AIDS, HIV integráz, természetes anyag, V(D)J rekombináció, RAG1
Keywords in English
AIDS, HIV integrase, natural product, V(D)J recombination, RAG1
Discipline
Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)
70 %
Ortelius classification: Pharmaceutical chemistry
Experimental pharmacology, drug discovery and design (Council of Medical and Biological Sciences)
30 %
Ortelius classification: Pharmacognosy
Panel
Immunity, Cancer and Microbiology
Department or equivalent
Institute of Pharmacognosy (University of Szeged)
Participants
Áy, Éva Hunyadi, Attila Kúsz, Norbert Mezei, Mária Minárovits, János Vasas, Andrea
Starting date
2016-01-01
Closing date
2019-09-30
Funding (in million HUF)
31.196
FTE (full time equivalent)
5.91
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. HIV fertőzött édesanyáktól született csecsemőket megelőző kezelésnek kell alávetni a fertőzés elkerüléséhez. A HIV integráz (IN) a vírusgenomnak a gazdasejt kromoszómáiba való beépüléséért felelős enzim, s így a fertőzés megelőzésének jelentős célpontja. A jelentős klinikai előnyök ellenére az újszülöttek IN-gátlókkal való kezelése paradox helyzetet teremt: mivel az IN szerkezete és működése hasonló a limfociták antigén receptorainak összeállításáért felelős RAG1 fehérjééhez, az IN gátlása megzavarja a kezelt páciensek normális immunválaszra való képességét. Jelen pályázat az IN-gátlók azon jelentős hátrányát tervezi megoldani, hogy a fentiek miatt nem alkalmazhatóak HIV-1 fertőzés veszélyének jelentős mértékben kitett újszülöttek megelőző kezelésére. Olyan, specifikus HIV integráz gátlók fejlesztését tűzzük ki célul, amelyek nem zavarják a RAG szomatikus rekombinációját. Gyors, gazdaságos, nagy áteresztőképességű FRET szűrővizsgálatok kifejlesztését tervezzük, amelyekkel egy gazdag, nagy szerkezeti diverzitást reprezentáló természetes anyag könyvtárat vizsgálunk meg, ill. hatáskövetett izolálást végzünk számos növényfajból. A találatok alapján in silico tervezést és szintetikus kémiai módszereket alkalmazunk szerkezet-optimalizálásra. A felfedezett vezérmolekulák hatását immunsejtes modelleken is megvizsgáljuk.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A kutatás kulcshipotézise alapján természetes anyag könyvtárak és hatás-követett izolálási stratégia innovatív bioaktivitási szűrővizsgálatokkal való kombinációjával az integráz gátlók olyan új, szelektív osztálya fejleszthető ki, amelyek nem rendelkeznek RAG mellékhatással.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A természetes anyagok kémiájának és bioaktivitásának vizsgálata nagy alapkutatási jelentőségű, és azáltal, hogy egy innovatív, természetes anyagokon alapuló stratégiát kínál a HIV elleni küzdelemre, az elért eredmények rendkívül fontos társadalmi hasznosíthatóság alapjait teremthetik meg.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A HIV fertőzött anyák újszülött gyermekei a fertőzés szempontjából fokozottan veszélyeztetettek, az elméletileg legjobb, ún. integráz gátlókkal való megelőző kezelés azonban az immunrendszer fejlődését érintő súlyos mellékhatások miatt jelenleg újszülötteken nem alkalmazható. A kutatás célja olyan természetes anyagokon alapuló, új integrázgátló anyag(ok) felfedezése ill. kifejlesztése, amelyeknél ez a mellékhatás nem lép fel, és amelyek ilyen célú gyógyszerfejlesztésre is alkalmasak lehetnek.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. After birth newborn infants from HIV infected mothers have to be subjected to prophylactic treatment to prevent viral infection. HIV Integrase(IN) is the enzyme that mediates the viral genome integration into the host cells chromosomes and its catalytic prevention represents a major way to stop the viral infection. Despite its major clinical advantages the treatment with IN inhibitors(INi) in newborns induces a paradoxical situation. Because HIV-IN resembles in its structure and reaction mechanism to RAG1 protein, which assembles the lymphocytes antigen receptors, INi medication interferes with the ability of treated patients to develop a normal immune response. We propose to solve the major drawback of INi treatment that it cannot be addressed to newborns exposed to high risk acquiring HIV-1infections. The major goal of our proposal is to test new HIV specific Integrase inhibitory compounds which do not interfere with RAG somatic recombination. We propose to develop rapid, low cost, efficient FRET screening assays. With them we will HTP screen first a library of natural compounds(NP) of herbal origin. Informed by the best selected NPs we will in silico design and synthesize a derivatized set of HIV-INi compounds which will be again screened in vitro for dual HIV Integrase inhibition and RAG non interference effects. The uniquely discovered lead compounds will also be tested in immune B cell progression assays and for their antiretroviral potency on HIV infected T cells.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. The key hypothesis of the project is that a new class of integrase inhibitors can be revealed by combining natural product libraries and bioactivity-guided isolation from plants with an innovative bioactivity screening strategy for integrase inhibitors that do not interfere with the RAG protein.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. Chemical and bioactivity studies on natural products have a great potential for basic research, and, by offering an innovative natural product based strategy to fight HIV, the project is of high importance also in view of future application.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. Newborn babies of HIV-infected mothers have an especially large risk for HIV infection. Unfortunately, the so-called integrase inhibitors, which would theoretically be ideal for a preventive treatment, cannot be administered in such cases due to the severe side effects on the development of the immune system. The project aims the discovery or development of new, natural product based integrase inhibitor(s), which would be free from this side effect, and which would be potentially suitable for drug development.
Final report
Results in Hungarian
A pályázat keretében növényi extraktum- és vegyületkönyvtárat hoztunk létre, melynek HIV integráz hatásvizsgálatát végeztük el két komplementer in vitro fluoreszcens módszerrel.
Az LTR virus DNA kötődési teszt segítségével sikerült egy sor >30% gátlást mutató vegyületet azonosítanunk, a hatásos anyagok főként a fenolos növényi szekunderanyagok csoportjába tartoznak. A 3’ katalitikus gátlási teszten a legnagyobb aktivitást a triterpének és a fenolos vegyületek mutatták. Az in vitro szűrővizsgálatok alapján további citotoxicitási és sejtes alapú antivirális vizsgálatokra érdemes anyagokat választottunk ki, és ezekkel HIV-1 p24, RT és IN teszteket végeztünk. A projekt során létrejött új kooperáció lehetővé tette vegyületeink pszeudotípusú vírustesztjének elvégzését is.
Munkánk eredményeként elsőként mutattuk ki a herbacitrin több támadáspontú anti-HIV-1 hatását. További értékes találatként azonosítottuk a HIV-INi hatású glicirretinsavat és ellágsavat. Ezen kívül a tetrahidro-protoapigenon egy ígéretes új természetes vegyülettípusnak bizonyult, mivel ez a vegyület alacsony toxicitású, így szerkezet optimalizációs kísérletekre, hatás-szerkezet összefüggés elemzésekre adhat lehetőséget.
Összességében eredményeink kiváló kiindulópontként szolgálhatnak további új természetes anyag alapú HIV-integráz gátlók kifejlesztéséhez.
Results in English
In frame of the present project a plant extract library and a natural compound library was created and transferred for bioactivity screening in two complementary in vitro fluorescence assays of HIV integrase.
The LTR viral DNA binding inhibitory test enabled the identification of a series of compounds with >30% inhibitory activity. The active compounds represent mainly the phenolic type of secondary plant metabolites. In the 3’ processing catalytic inhibitory assay the highest activity was exerted by triterpenes and phenolic compounds. On the basis of the in vitro screening data, the samples were selected for further cytotoxicity test and cell based antiviral investigations. The antiviral activities were evaluated by HIV-1 p24, RT and IN tests. We also established a new collaboration that allowed us to test a selected set of compounds on a pseudotype virus assay.
As a result of our studies, multi-level anti-HIV activity of herbacitrin was discovered for the first time. The other promising hits are ellagic and glycyrrhetinic acids with high HIV-INi potency. Further, tetrahydro-protoapigenone was identified as a promising new natural scaffold that, due to its extreme low toxicity, is worthy for chemical structure optimisation aiming to perform an in-depth structure-activity relationship study. In summary, our results serve as good starting point for further studies for identification new scaffolds inspired by natural compounds as specific inhibitors of HIV-integrase.
Hohmann J, Hunyadi A, Musat MG, Matei A, Ciubotaru M: HIV-integrase inhibitory activity of natural flavonoids, PLANTA MEDICA INTERNATIONAL OPEN 4:(S 01) Paper Mo-PO-66., 2017
Éva Áy, Attila Hunyadi, Mária Mezei, János Minárovits, Judit Hohmann: Anti-HIV-1 and cytotoxicity studies of natural flavonoids: herbacitrin, gossypitrin and quercetin, Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine (közlés alatt), 2018
Éva Áy, Attila Hunyadi, Mária Mezei, János Minárovits, Judit Hohmann: Flavonol 7-O-glucoside herbacitrin inhibits HIV-1 replication through simultaneous integrase and reverse transcriptase inhibition, Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, Article ID 1064793, 2019
Éva Áy, Attila Hunyadi, Mária Mezei, János Minárovits, Judit Hohmann: Flavonol 7-O-glucoside herbacitrin inhibits HIV-1 replication through simultaneous integrase and reverse transcriptase inhibition, Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, Article ID 1064793, 2019
Máté Vágvölgyi, Gábor Girst, Norbert Kúsz, Sandor Otvos, Ferenc Fülöp, Judit Hohmann, Jean-Yves Servais, Carole Seguin-Devaux, Fang-Rong Chang, Hao Chen, Li-Kwan Chang, Attila Hunyadi: Less Cytotoxic Protoflavones as Antiviral Agents: Protoapigenone 1′-O-isopropyl Ether Shows Improved Selectivity Against the Epstein-Barr Virus Lytic Cycle, Int J Mol Sci in press doi:10.20944/preprints201912.0049.v1, 2019
