Strategies to Counteract Botulinum Neurotoxin A: Nature’s Deadliest Biomolecule
Notice bibliographique
Résumé
Conspectus Botulinum neurotoxin serotype A (BoNT/A), marketed commercially as Botox, is the most toxic substance known to man with an estimated intravenous lethal dose (LD 50 ) of 1–2 ng/kg in humans. Despite its widespread use in cosmetic and medicinal applications, no postexposure therapeutics are available for the reversal of intoxication in the event of medical malpractice or bioterrorism. Accordingly, the Centers for Disease Control and Prevention categorizes BoNT/A as a Category A pathogen, posing the highest risk to national security and public health as a result of the ease with which BoNT/A can be weaponized and disseminated. BoNT/A-mediated lethality results from neurons impeded from releasing acetylcholine, which ultimately causes muscle paralysis and possible death by asphyxiation with the loss of diaphragm function. Currently, the only available respite for BoNT/A poisoning is antibody-based therapy; however, this intervention is only effective within 12–24 h postexposure. Small molecule therapeutics remain the only opportunity to reverse BoNT/A intoxication after neuronal poisoning and are urgently needed. Nevertheless, no small molecule BoNT/A inhibitors have reached the clinic or even advanced to clinical trials. This Account highlights the accomplishments and existing challenges facing BoNT/A drug discovery today. Using the comprehensive body of work from our laboratory, we illustrate our nearly two-decade endeavor to discover a clinically relevant BoNT/A inhibitor. Specifically, a discussion on the identification and characterization of new chemical leads, the development of in vitro and in vivo assays, and pertinent discoveries in BoNT/A structural biology related to small molecule inhibition is presented. Lead discovery efforts in our laboratory have leveraged both in vitro high-throughput screening and rational design, and an array of mechanistic strategies for inhibiting BoNT/A has been discovered, including noncovalent inhibition, metal-binding active site inhibition, covalent inhibition, and α- and β-exosite inhibition. We contrast the strengths and weaknesses of each of these mechanistic strategies and propose the most favorable approach for success. Finally, we discuss multiple serendipitous discoveries of antibotulism small molecules with alternative mechanisms of action. Remaining challenges facing clinically relevant BoNT/A inhibition are presented and analyzed, including the current inability to reconcile toxin half-life (months to greater than one year) in neurons with in vivo pharmaceutical lifetimes and reoccurring inconsistencies between in vitro, cellular, and in vivo translation. Our Account of BoNT/A chemical research emphasizes the present accomplishments and critically analyzes the remaining obstacles for drug discovery. Importantly, we call for an increased focus on the discovery of safe and effective covalent inhibitors of BoNT/A that compete with the inherent half-life of the toxin.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,002 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».