Published May 21, 2019 | Version v1
Publication Open

Crystal violet structural analogues identified by <i>in silico</i> drug repositioning present anti-<i>Trypanosoma cruzi</i> activity through inhibition of proline transporter TcAAAP069

  • 1. University of Buenos Aires
  • 2. Institute for Medical Research

Description

Abstract Background Crystal violet (CV) was used for several years in blood banks to eliminate the parasite Trypanosoma cruzi in endemic areas in order to prevent transfusion-transmitted Chagas disease. One mechanism of action described for CV involves inhibition of proline uptake. In T. cruzi , proline is essential for host cell infection and intracellular differentiation among other processes, and can be obtained through the proline permease TcAAAP069. Methodology/Principal Findings CV inhibited proline transporter TcAAAP069 and parasites overexpressing this permease were 47-fold more sensitive to this compound than control parasites. Using CV as reference molecule, loratadine, cyproheptadine, olanzapine and clofazimine were identified as structurally related compounds to CV (structural analogues) by in silico drug repurposing through a similarity-based virtual screening protocol. All these already-approved drugs for clinical use inhibited TcAAAP069 activity with different efficacies and also presented trypanocidal action in epimastigotes, trypomastigotes and amastigotes of the Y strain. Additionally, loratadine, cyproheptadine and clofazimine showed trypanocidal effect on epimastigotes of the CL Brener and DM28c strains. Finally, a synergistic effect between benznidazole and the CV chemical analogues was evidenced by combination and dose-reduction indexes values in epimastigotes of the Y strain. Conclusions/Significance Loratadine, cyproheptadine and clofazimine inhibit TcAAAP069 proline transporter and also present trypanocidal effect against all T. cruzi life stages. These CV structural analogues could be a starting point to design therapeutic alternatives to treat Chagas disease by finding new indications for old drugs. This approach, called drug repurposing is a recommended strategy by the World Health Organization to treat neglected diseases, like Chagas disease, and combination therapy may improve the possibility of success of repositioned drugs. Author summary Chagas disease, caused by the parasite Trypanosoma cruzi , affects 7 million people worldwide. Despite there are two drugs available since 50 years ago, the therapy present severe side effects and is not effective in the chronic phase of the disease were most of the patients are diagnosed. Crystal violet (CV) was utilized as additive in blood banks to prevent transfusion-transmitted Chagas disease. Proline is involved in many pathways, like infection establishment and life cycle progression. In this work we first demonstrate that CV has the proline permease TcAAAP069 as one of its molecular targets. Then we search in a database of already-approved drugs for compounds that were structurally related to CV under the premise "similar structure, similar activity". We identified three drugs that inhibit proline transport and present at least the same trypanocidal effect than benznidazole, the current treatment for Chagas disease. Finally we observed a synergistic effect with the multidrug combination therapy. Drug discovery is an expensive and time-consuming process and Chagas disease is associated with poverty. The discovery of new indications to old drugs, called drug repurposing, can facilitate a rapid and more profitable therapy application since preclinical trials and pharmacokinetic studies are already available.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم استخدام اللون البنفسجي البلوري (CV) لعدة سنوات في بنوك الدم للقضاء على طفيلي المثقبيات الكروزية في المناطق الموبوءة من أجل الوقاية من مرض شاغاس الذي ينتقل عن طريق نقل الدم. تتضمن إحدى آليات العمل الموصوفة لـ CV تثبيط امتصاص البرولين. في T. cruzi ، يعد البرولين ضروريًا لعدوى الخلايا المضيفة والتمايز داخل الخلايا بين العمليات الأخرى، ويمكن الحصول عليه من خلال نفاذية البرولين TcAAAP069. المنهجية/النتائج الرئيسية CV تثبيط ناقل البرولين TcAAAP069 وكانت الطفيليات التي تعبر بشكل مفرط عن هذا النفاذية أكثر حساسية لهذا المركب بمقدار 47 ضعفًا من طفيليات المكافحة. باستخدام CV كجزيء مرجعي، تم تحديد loratadine و cyproheptadine و olanzapine و clofazimine كمركبات مرتبطة هيكلياً بـ CV (نظائرها الهيكلية) من خلال إعادة استخدام عقار السيليكو من خلال بروتوكول فحص افتراضي قائم على التشابه. كل هذه الأدوية المعتمدة بالفعل للاستخدام السريري تثبط نشاط TcAAAP069 مع فعالية مختلفة، كما قدمت عمل المثقبيات في epimastigotes، trypomastigotes و amastigotes من سلالة Y. بالإضافة إلى ذلك، أظهر لوراتادين وسيبروهيبتادين وكلوفازيمين تأثيرًا مبيدًا للمثقبيات على السلالات الوعائية لسلالات CL Brener و DM28c. أخيرًا، تم إثبات وجود تأثير تآزري بين البنزنيدازول ونظائرها الكيميائية CV من خلال قيم مؤشرات الجمع وخفض الجرعة في epimastigotes من سلالة Y. الاستنتاجات/الأهمية يثبط لوراتادين وسيبروهيبتادين وكلوفازيمين ناقل البرولين TcAAAP069 ويظهر أيضًا تأثير مبيد للمثقبيات ضد جميع مراحل حياة T. cruzi. يمكن أن تكون نظائر CV الهيكلية هذه نقطة انطلاق لتصميم بدائل علاجية لعلاج مرض شاغاس من خلال إيجاد مؤشرات جديدة للأدوية القديمة. هذا النهج، الذي يسمى إعادة استخدام الأدوية، هو استراتيجية موصى بها من قبل منظمة الصحة العالمية لعلاج الأمراض المهملة، مثل مرض شاغاس، وقد يحسن العلاج المركب من إمكانية نجاح الأدوية التي أعيد وضعها. ملخص المؤلف مرض شاغاس، الناجم عن الطفيلي المثقبي الكروزي، يؤثر على 7 ملايين شخص في جميع أنحاء العالم. على الرغم من وجود عقارين متاحين منذ 50 عامًا، إلا أن العلاج له آثار جانبية شديدة وغير فعال في المرحلة المزمنة من المرض حيث تم تشخيص معظم المرضى. تم استخدام الكريستال البنفسجي (CV) كمادة مضافة في بنوك الدم للوقاية من مرض شاغاس الذي ينتقل عن طريق نقل الدم. يشارك البرولين في العديد من المسارات، مثل إنشاء العدوى وتطور دورة الحياة. في هذا العمل، نوضح أولاً أن CV لديها نفاذية البرولين TcAAAP069 كأحد أهدافها الجزيئية. ثم نبحث في قاعدة بيانات للأدوية المعتمدة بالفعل عن المركبات التي كانت مرتبطة هيكلياً بالسيرة الذاتية تحت فرضية "بنية مماثلة، نشاط مماثل". حددنا ثلاثة أدوية تمنع نقل البرولين وتقدم على الأقل نفس تأثير المثقبيات مقارنة بالبنزنيدازول، وهو العلاج الحالي لمرض شاغاس. أخيرًا، لاحظنا تأثيرًا تآزريًا مع العلاج المركب متعدد الأدوية. يعد اكتشاف الأدوية عملية مكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً ويرتبط مرض شاغاس بالفقر. يمكن أن يسهل اكتشاف مؤشرات جديدة للأدوية القديمة، تسمى إعادة استخدام الأدوية، تطبيق علاج سريع وأكثر ربحية لأن التجارب قبل السريرية والدراسات الدوائية متاحة بالفعل.

Translated Description (French)

Résumé Contexte Le Crystal violet (CV) a été utilisé pendant plusieurs années dans les banques de sang pour éliminer le parasite Trypanosoma cruzi dans les zones endémiques afin de prévenir la maladie de Chagas transmise par transfusion. Un mécanisme d'action décrit pour le CV implique l'inhibition de l'absorption de la proline. Chez T. cruzi , la proline est essentielle pour l'infection des cellules hôtes et la différenciation intracellulaire, entre autres processus, et peut être obtenue par la perméase de la proline TcAAAP069. Méthodologie/Principales constatations Le CV a inhibé le transporteur de proline TcAAAP069 et les parasites surexprimant cette perméase étaient 47 fois plus sensibles à ce composé que les parasites témoins. En utilisant le CV comme molécule de référence, la loratadine, la cyproheptadine, l'olanzapine et la clofazimine ont été identifiées comme des composés structurellement apparentés au CV (analogues structurels) par une réutilisation in silico du médicament via un protocole de criblage virtuel basé sur la similarité. Tous ces médicaments déjà approuvés pour une utilisation clinique ont inhibé l'activité de TcAAAP069 avec différentes efficacités et ont également présenté une action trypanocide chez les épimastigotes, les trypomastigotes et les amastigotes de la souche Y. De plus, la loratadine, la cyproheptadine et la clofazimine ont montré un effet trypanocide sur les épimastigotes des souches CL Brener et DM28c. Enfin, un effet synergique entre le benznidazole et les analogues chimiques CV a été mis en évidence par les valeurs des indices de combinaison et de réduction de dose dans les épimastigotes de la souche Y. Conclusions/Importance La loratadine, la cyproheptadine et la clofazimine inhibent le transporteur de proline TcAAAP069 et présentent également un effet trypanocide contre tous les stades de vie de T. cruzi. Ces analogues structurels CV pourraient être un point de départ pour concevoir des alternatives thérapeutiques pour traiter la maladie de Chagas en trouvant de nouvelles indications pour les anciens médicaments. Cette approche, appelée réutilisation des médicaments, est une stratégie recommandée par l'Organisation mondiale de la santé pour traiter les maladies négligées, comme la maladie de Chagas, et la polythérapie peut améliorer les chances de succès des médicaments repositionnés. Résumé de l'auteur La maladie de Chagas, causée par le parasite Trypanosoma cruzi , touche 7 millions de personnes dans le monde. Bien qu'il existe deux médicaments disponibles depuis 50 ans, le traitement présente des effets secondaires graves et n'est pas efficace dans la phase chronique de la maladie où la plupart des patients sont diagnostiqués. Le violet cristal (CV) a été utilisé comme additif dans les banques de sang pour prévenir la maladie de Chagas transmise par transfusion. La proline est impliquée dans de nombreuses voies, telles que l'établissement de l'infection et la progression du cycle de vie. Dans ce travail, nous démontrons d'abord que CV a la perméase proline TcAAAP069 comme l'une de ses cibles moléculaires. Ensuite, nous recherchons dans une base de données de médicaments déjà approuvés des composés structurellement liés au CV sous la prémisse « structure similaire, activité similaire ». Nous avons identifié trois médicaments qui inhibent le transport de la proline et présentent au moins le même effet trypanocide que le benznidazole, le traitement actuel de la maladie de Chagas. Enfin, nous avons observé un effet synergique avec la polythérapie. La découverte de médicaments est un processus coûteux et long et la maladie de Chagas est associée à la pauvreté. La découverte de nouvelles indications de médicaments anciens, appelée réutilisation de médicaments, peut faciliter une application thérapeutique rapide et plus rentable puisque des essais précliniques et des études pharmacocinétiques sont déjà disponibles.

Translated Description (Spanish)

Resumen Antecedentes El violeta cristal (CV) se utilizó durante varios años en bancos de sangre para eliminar el parásito Trypanosoma cruzi en áreas endémicas con el fin de prevenir la enfermedad de Chagas transmitida por transfusión. Un mecanismo de acción descrito para CV implica la inhibición de la captación de prolina. En T. cruzi , la prolina es esencial para la infección de la célula huésped y la diferenciación intracelular, entre otros procesos, y se puede obtener a través de la prolina permeasa TcAAAP069. Metodología/Principales hallazgos CV inhibió el transportador de prolina TcAAAP069 y los parásitos que sobreexpresan esta permeasa fueron 47 veces más sensibles a este compuesto que los parásitos de control. Utilizando CV como molécula de referencia, la loratadina, la ciproheptadina, la olanzapina y la clofazimina se identificaron como compuestos estructuralmente relacionados con CV (análogos estructurales) mediante la reutilización de fármacos in silico a través de un protocolo de detección virtual basado en la similitud. Todos estos fármacos ya aprobados para uso clínico inhibieron la actividad de TcAAAP069 con diferentes eficacias y también presentaron acción tripanocida en epimastigotes, tripomastigotes y amastigotes de la cepa Y. Además, la loratadina, la ciproheptadina y la clofazimina mostraron un efecto tripanocida sobre los epimastigotes de las cepas CL Brener y DM28c. Finalmente, se evidenció un efecto sinérgico entre el benznidazol y los análogos químicos CV mediante la combinación y los valores de los índices de reducción de dosis en epimastigotes de la cepa Y. Conclusiones/Importancia Loratadina, ciproheptadina y clofazimina inhiben el transportador de prolina TcAAAP069 y también presentan efecto tripanocida contra todas las etapas de la vida de T. cruzi. Estos análogos estructurales CV podrían ser un punto de partida para diseñar alternativas terapéuticas para tratar la enfermedad de Chagas mediante la búsqueda de nuevas indicaciones para medicamentos antiguos. Este enfoque, llamado reutilización de medicamentos, es una estrategia recomendada por la Organización Mundial de la Salud para tratar enfermedades desatendidas, como la enfermedad de Chagas, y la terapia combinada puede mejorar la posibilidad de éxito de los medicamentos reposicionados. Resumen del autor La enfermedad de Chagas, causada por el parásito Trypanosoma cruzi , afecta a 7 millones de personas en todo el mundo. A pesar de que hay dos medicamentos disponibles desde hace 50 años, la terapia presenta efectos secundarios graves y no es efectiva en la fase crónica de la enfermedad donde la mayoría de los pacientes son diagnosticados. La violeta cristal (CV) se utilizó como aditivo en los bancos de sangre para prevenir la enfermedad de Chagas transmitida por transfusión. La prolina participa en muchas vías, como el establecimiento de la infección y la progresión del ciclo vital. En este trabajo demostramos primero que CV tiene la prolina permeasa TcAAAP069 como una de sus dianas moleculares. Luego buscamos en una base de datos de medicamentos ya aprobados compuestos que estaban estructuralmente relacionados con el CV bajo la premisa "estructura similar, actividad similar". Identificamos tres fármacos que inhiben el transporte de prolina y presentan al menos el mismo efecto tripanocida que el benznidazol, el tratamiento actual para la enfermedad de Chagas. Finalmente observamos un efecto sinérgico con la politerapia. El descubrimiento de fármacos es un proceso costoso y lento, y la enfermedad de Chagas está asociada con la pobreza. El descubrimiento de nuevas indicaciones para fármacos antiguos, llamado reutilización de fármacos, puede facilitar una aplicación terapéutica rápida y más rentable, ya que ya se dispone de ensayos preclínicos y estudios farmacocinéticos.

Files

645333.full.pdf.pdf

Files (982.2 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:c9c47c3ce3160d40256c62510a6f9c3a
982.2 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
النظائر الهيكلية البنفسجية البلورية التي تم تحديدها من قبل <i>في</i> إعادة وضع المخدرات السيليكونية تقدم نشاطًا مضادًا<i> للمثقبيات الكروزية</i> من خلال تثبيط ناقل البرولين TcAAAP069
Translated title (French)
Les analogues structuraux du violet cristallin identifiés par repositionnement <i>in silico</i> du médicament présentent une activité anti-<i>Trypanosoma cruzi</i> par inhibition du transporteur de proline TcAAAP069
Translated title (Spanish)
Los análogos estructurales de cristal violeta identificados por <i>el reposicionamiento de fármacos in silico</i> presentan actividad<i> anti-Trypanosoma cruzi</i> a través de la inhibición del transportador de prolina TcAAAP069

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2945527494
DOI
10.1101/645333

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1577451703
  • https://openalex.org/W1595347157
  • https://openalex.org/W1709246161
  • https://openalex.org/W1964265724
  • https://openalex.org/W1973149124
  • https://openalex.org/W1979289112
  • https://openalex.org/W1986397806
  • https://openalex.org/W1987746987
  • https://openalex.org/W1992379594
  • https://openalex.org/W1995126294
  • https://openalex.org/W2002033007
  • https://openalex.org/W2023545356
  • https://openalex.org/W2027266940
  • https://openalex.org/W2028793515
  • https://openalex.org/W2037167896
  • https://openalex.org/W2039629531
  • https://openalex.org/W2040423572
  • https://openalex.org/W2055161011
  • https://openalex.org/W2059765043
  • https://openalex.org/W2060860218
  • https://openalex.org/W2061246349
  • https://openalex.org/W2062941476
  • https://openalex.org/W2073173819
  • https://openalex.org/W2077945404
  • https://openalex.org/W2078646793
  • https://openalex.org/W2084625228
  • https://openalex.org/W2085025870
  • https://openalex.org/W2087632839
  • https://openalex.org/W2091950883
  • https://openalex.org/W2092561713
  • https://openalex.org/W2093762810
  • https://openalex.org/W2094458603
  • https://openalex.org/W2095693566
  • https://openalex.org/W2100717661
  • https://openalex.org/W2101694231
  • https://openalex.org/W2101882858
  • https://openalex.org/W2103562758
  • https://openalex.org/W2105668062
  • https://openalex.org/W2109754402
  • https://openalex.org/W2117846137
  • https://openalex.org/W2144659448
  • https://openalex.org/W2146071910
  • https://openalex.org/W2166509335
  • https://openalex.org/W2169406325
  • https://openalex.org/W2208203352
  • https://openalex.org/W2235354936
  • https://openalex.org/W2264133902
  • https://openalex.org/W2284406862
  • https://openalex.org/W2293744162
  • https://openalex.org/W2301855512
  • https://openalex.org/W2307996493
  • https://openalex.org/W2322471444
  • https://openalex.org/W2341112082
  • https://openalex.org/W2504186199
  • https://openalex.org/W2548381588
  • https://openalex.org/W2569805444
  • https://openalex.org/W2589928324
  • https://openalex.org/W2596554402
  • https://openalex.org/W2599824221
  • https://openalex.org/W2624947700
  • https://openalex.org/W2747372366
  • https://openalex.org/W2752507389
  • https://openalex.org/W2757157006
  • https://openalex.org/W2793609032
  • https://openalex.org/W2797142677
  • https://openalex.org/W4299960106