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Plant-derived isoquinoline alkaloids that target ergosterol biosynthesis discovered by using a novel antifungal screening tool - 19/03/21

Doi : 10.1016/j.biopha.2021.111348 
Siu Wah Wong-Deyrup a, 1, Xun Song a, b, 1, Tsz-Wai Ng a, Xiu-Bin Liu c, d, Jian-Guo Zeng c, d, Zhi-Xing Qing c, d, Stephen T. Deyrup e, Zhen-Dan He b, f, , Hong-Jie Zhang a,
a School of Chinese Medicine, Hong Kong Baptist University, Hong Kong, PR China 
b School of Pharmaceutical Science, Health Science Center, Shenzhen University, Shenzhen, PR China 
c Hunan Provincial Key Laboratory of Crop Germplasm Innovation and Utilization and National Chinese Medicinal Herbs Hunan Technology Center, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PR China 
d Hunan Co-Innovation Center for Utilization of Botanicals Functional Ingredients, Hunan University of Chinese Medicine, Changsha 410208, PR China 
e Department of Chemistry and Biochemistry, Siena College, Loudonville, NY 12211, USA 
f College of Pharmacy, Shenzhen Technology University, Shenzhen 518118, China 

Corresponding author at: School of Pharmaceutical Science, Health Science Center, Shenzhen University, Shenzhen, PR China.School of Pharmaceutical Science, Health Science Center, Shenzhen UniversityShenzhenPR China⁎⁎Corresponding author.

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Abstract

The ergosterol pathway is a prime antifungal target as it is required for fungal survival, yet is not involved in human homeostasis. Methods to study the ergosterol pathway, however, are often time-consuming. The minimum inhibitory concentration (MIC) assay is a simple research tool that determines the lowest concentration at which a novel antimicrobial is active in vitro with limited scope to determine the mechanism of action for a drug. In this study, we show that by adding hydrogen peroxide, an oxidative stressor, or glutathione (GSH), an antioxidant, to modify a commonly performed MIC assay allowed us to screen selectively for new antifungal drugs that target ergosterol biosynthesis in fungi. A human pathogen and dermatophyte, Microsporum gypseum, was used as a test organism. When exposed to ergosterol targeting drugs, the hydrogen peroxide treatment significantly decreased fungal survival by reducing ergosterol in the cell wall, whereas GSH increased survival of M. gypseum. Further, by performing a series of experiments with M. gypseum and Trichophyton rubrum, it was determined that the oxidative stress from hydrogen peroxide causes cell death at different developmental stages based on fungal species. These findings allow us to describe a simple, high-throughput method for simultaneously screening new antifungal drugs for activity and effects on the ergosterol pathway. By using this tool, two isoquinoline alkaloids were discovered to be potent inhibitors of ergosterol biosynthesis in vitro by reducing the amount of ergosterol without affecting the expression of 1,3-β-glucan. Both compounds also significantly reduced the severity of acanthosis, hyperkeratosis, spongiosis and dermal edema in vivo.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : AB, AF, BF, BFZ, GF, CF, CYP51, GC-MS, GH, GSH, H2O2, HPLC, ITZ, MCZ, MIC, OD, PAS, PBS, PDB, ROS, WHO, TCZ, TF

Keywords : Fungi, Ergosterol pathway, Dermatophytes, Chelerythrine, Sanguinarine


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Vol 137

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