RETRACTED ARTICLE: IspH inhibitors kill Gram-negative bacteria and mobilize immune clearance

微生物学 细菌 免疫系统 前药 细胞毒性T细胞 耶尔森尼亚 生物 免疫学 生物化学 体外 遗传学
作者
Kumar Sachin Singh,Rishabh Sharma,Adi Narayana Reddy Poli,Prashanthi Vonteddu,Madeline Good,Anjana Sundarrajan,Hyeree Choi,Kar Muthumani,Andrew V. Kossenkov,Aaron R. Goldman,Hsin‐Yao Tang,Maxim Totrov,Joel Cassel,Maureen E. Murphy,Rajasekharan Somasundaram,Meenhard Herlyn,Joseph M. Salvino,Farokh Dotiwala
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:589 (7843): 597-602 被引量:50
标识
DOI:10.1038/s41586-020-03074-x
摘要

Isoprenoids are vital for all organisms, in which they maintain membrane stability and support core functions such as respiration1. IspH, an enzyme in the methyl erythritol phosphate pathway of isoprenoid synthesis, is essential for Gram-negative bacteria, mycobacteria and apicomplexans2,3. Its substrate, (E)-4-hydroxy-3-methyl-but-2-enyl pyrophosphate (HMBPP), is not produced in metazoans, and in humans and other primates it activates cytotoxic Vγ9Vδ2 T cells at extremely low concentrations4–6. Here we describe a class of IspH inhibitors and refine their potency to nanomolar levels through structure-guided analogue design. After modification of these compounds into prodrugs for delivery into bacteria, we show that they kill clinical isolates of several multidrug-resistant bacteria—including those from the genera Acinetobacter, Pseudomonas, Klebsiella, Enterobacter, Vibrio, Shigella, Salmonella, Yersinia, Mycobacterium and Bacillus—yet are relatively non-toxic to mammalian cells. Proteomic analysis reveals that bacteria treated with these prodrugs resemble those after conditional IspH knockdown. Notably, these prodrugs also induce the expansion and activation of human Vγ9Vδ2 T cells in a humanized mouse model of bacterial infection. The prodrugs we describe here synergize the direct killing of bacteria with a simultaneous rapid immune response by cytotoxic γδ T cells, which may limit the increase of antibiotic-resistant bacterial populations. A class of compounds with a dual mechanism of action—direct targeting of IspH and stimulation of cytotoxic γδ T cells to enhance pathogen clearance—are active against multidrug-resistant bacteria.

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