Strategies to design inhibitors of clostridium botulinum neurotoxins

Infectious Disorders - Drug Targets

Volumn 7, Issue 1, 2007, Pages 47-57

  Cai, S ^a   Singh, B R ^a  

^a UNIVERSITY OF MASSACHUSETTS DARTMOUTH   (United States)

Author keywords

Antibody; Aptamer; Botulinum neurotoxin; Inhibitor; Prophylactics; Therapeutics

Indexed keywords

ANTIBODY; ANTIDOTE; ANTITOXIN; APTAMER; BABYBIG; BOTULINUM TOXIN; ENZYME INHIBITOR; GANGLIOSIDE; HORSE ANTITOXIN; IMMUNOGLOBULIN HEAVY CHAIN; LIPOSOME; PEGAPTANIB; PENTAVALENT BOTULINUM TOXOID; POLYGLACTIN; PROTEINASE; RECEPTOR PROTEIN; SYNAPTOBREVIN; SYNAPTOSOMAL ASSOCIATED PROTEIN 25; SYNAPTOTAGMIN I; SYNAPTOTAGMIN II; SYNTAXIN; TETANUS TOXIN; UNCLASSIFIED DRUG;

ADVANCED CANCER; ANAPHYLAXIS; ANTINEOPLASTIC ACTIVITY; ARTIFICIAL VENTILATION; BOTULISM; CLINICAL TRIAL; CLOSTRIDIUM BOTULINUM; CONFORMATIONAL TRANSITION; CONTINUOUS INFUSION; CRYSTAL STRUCTURE; DRUG BLOOD LEVEL; DRUG CLEARANCE; DRUG DELIVERY SYSTEM; DRUG DESIGN; DRUG DOSE ESCALATION; DRUG EFFICACY; DRUG FORMULATION; DRUG HALF LIFE; DRUG HYPERSENSITIVITY; DRUG POTENCY; DRUG SAFETY; DRUG SCREENING; DRUG TARGETING; DRUG TRANSPORT; EARLY DIAGNOSIS; ENZYME ACTIVITY; ENZYME INHIBITION; HUMAN; INFANT DISEASE; INTENSIVE CARE; KIDNEY CARCINOMA; MOLECULAR LIBRARY; NEUROTOXICITY; NONHUMAN; PASSIVE IMMUNIZATION; RECEPTOR BINDING; REVIEW; SERUM SICKNESS; STRUCTURE ACTIVITY RELATION; TETANUS; TOXICITY TESTING; UNSPECIFIED SIDE EFFECT; URTICARIA;

ANIMALS; ANTIBODIES, MONOCLONAL; ANTIDOTES; APTAMERS, NUCLEOTIDE; BIOTERRORISM; BOTULINUM ANTITOXIN; BOTULINUM TOXINS; BOTULISM; CLOSTRIDIUM BOTULINUM; DRUG DELIVERY SYSTEMS; DRUG DESIGN; ENDOPEPTIDASES; ENZYME INHIBITORS; HORSES; PEPTIDES; STRUCTURE-ACTIVITY RELATIONSHIP;

EID: 33947692620     PISSN: 18715265     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.2174/187152607780090667     Document Type: Review

References (117)

1. Singh, B. R. Nat. Struct. Biol., 2000, 7, 617.
2. Montecucco, C.; Schiavo, G. Quarterly Rev. Biophys., 1995, 28, 423.
3. Li, L.; Singh, B. R. J. Toxicol.-Toxin Reviews, 1999, 18, 95.
4. Krieglstein, K. G.; DasGupta, B. R. and Henschen, A. H. J. Protein Chem., 1994, 13, 49.
5. Lacy, D. B.; Tepp, W.; Cohen, A. C.; DasGupta, B. R.; Stevens, R. C. Nat. Struct. Biol., 1998, 5, 898.
6. Swaminathan, S.; Easwaramoorthy, S. Nat. Struct. Biol., 2000, 7, 693.
7. Montecucco, C.; Schiavo, G. Trends Biochem. Sci., 1993, 18, 324.
8. Arnon, S. S.; Schechter, R.; Inglesby, T. V.; Henderson, D. A.; Bartlett, D. A.; Scher, M. S.; Eitzen, E.; Fine, A. D.; Hauer, J.; Layton, M.; Lillibridge, S.; Osterholm, M. T.; O'Toole, T.; Parker, G.; Perl, T. M.; Russell, P. K.; Swerdlow, D. L; Tonal, K. JAMA, 2001, 285, 1059.
9. Wein, L. M.; Liu, Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2005, 102, 9984.
10. Greenfield, R. A.; Brown, B. R.; Hutchins, J. B.; Iandolo, J. J.; Jackson, R.; Slater, L. N.; Bronze, M. S. Am. J. Med. Sci., 2002, 323, 326.
11. Summary of NIAID expert panel on botulinum neurotoxins therapeutics, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, Bethesda, MD, February 9, 2004.
12. Simpson, L. L. (2004) Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol., 2004, 44, 167.
13. Montecucco, C. Trends Biochem. Sci., 1986, 11, 314-317.
14. Simpson, L. L.; Rapport, M. M. J. Neurochem., 1971, 18, 1341.
15. Simpson, L. L.; Rapport, M. M. J. Neurochem., 1971, 18, 1751.
16. Yowler, B. C.; Kensinger, R. D.; Schengrund, C. L. J. Biol. Chem., 2002, 277, 32815.
17. Montecucco, C.; Rossetto, O.; Schiavo, G. Trends Microbiol., 2004, 12, 442.
18. Nishiki, T.; Kamata, Y.; Nemoto, Y.; Omori, A.; Ito, T.; Takahashi, M; Kozaki, S. J. Biol. Chem., 1994, 269, 10498.
19. Nishiki, T.; Tokuyama, Y.; Kamata, Y.; Nemoto, Y.; Yoshida, A.; Sato, K.; Sekiguchi, M.; Takahashi, M.; Kozaki, S. FEBS Lett., 1996, 378, 253.
20. Li, L.; Singh, B. R. J. Natural Toxins, 1998, 7, 215.
21. Rummel, A.; Karnath, T.; Henke, T.; Bigalke, H.; Binz, T. J. Biol. Chem., 2004, 308, 65.
22. Schengrund, C.-L.; Ringler, N. J; DasGupta, B. R. Brain Res. Bull., 1992, 29, 917.
23. Blasi, J.; Chapman, E. R.; Link, E.; Binz, T.; Yamasaki, S.; De Camilli, P.; Sudhof, T. C.; Niemann, H.; Jahn, R. J. Neural. Transm. Gen. Sect., 1992, 90, 87.
24. Montecucco, C.; Schiavo, G. Mol. Microbial., 1994, 13, 1.
25. Lebeda, F. J.; Singh, B. R. J. Toxicol.-Toxin Reviews, 1999, 18, 45.
26. Fu, F-N.; Busath, D. N.; Singh, B. R. Biophys. Chem., 2002, 99, 17-29.
27. Koriazova, L. K.; Montal, M. Nat. Struct. Biol., 2003, 10, 13.
28. Poulain, B.; Mochida, S.; Wadsworth, J. D.; Weller, U.; Habermann, E.; Dolly, J. O.; Tauc, L. J. Physiol. (Paris), 1990, 84, 247.
29. Bittner, M.A.; Habig, W. H.; Holz, R. W. J. Neurochem., 1989, 53, 966.
30. Mochida, S.; Poulain, B.; Weller, U.; Habermann, E.; Tauc, L. (1989) FEBS Lett., 1989, 253, 47.
31. Stecher, B.; Weller, U.; Habermann, E.; Gratzl, M.; Ahnert-Hilger, G. FEBS Lett., 1989, 255, 391.
32. Kurazono, H.; Mochida, S.; Binz, T.; Eisel, U.; Quanz, M.; Grebenstein, O.; Wernars, K.; Poulain, B.; Tauc, L.; Niemann, H. J. Biol. Chem., 1992, 267, 14721.
33. Huttner, W. B. Nature, 1993, 365, 104.
34. Schiavo, G.; Benfenati, F.; Poulain, B.; Rossetto, O.; Polverino de Laureto, P.; DasGupta, B. R.; Montecucco, C. Nature, 1992, 359, 832.
35. Schiavo, G.; Rossetto, O.; Tonello, F.; Montecucco, C. Mirobiol. Immunol., 1995, 195, 257.
36. Schiavo, G.; Santucci, A.; DasGupta, B. R.; Mehta, P. P.; Jontes, J.; Benfenati, F.; Wilson, M. C.; Montecucco, C. FEBS Lett., 1993, 335, 99-103.
37. Schiavo, G.; Shone, C. C.; Rossetto, O.; Alexandre, F. C. G.; Monteccuco, C. J. Biol. Chem., 1993, 268, 11516.
38. Fernandez-Salas, E.; Ho, H.; Garay, P.; Steward, L. E.; Aoki, K. R. Mov. Disord., 2004, 19, S23.
39. Bartels, F.; Bergel, H.; Bigalke, H. J. Biol. Chem., 1994, 269, 8122.
40. Sadoul, K.; Lang, J.; Montecucco, C.; Weller, U.; Regazzi, R.; Catsicas, B.; Wollheim C. B.; Halban, P. A. J. Cell Biol., 1995, 128, 1019.
41. Rossetto, O.; Schiavo, G.; Monteccucco, C.; Poulain, B.; Deloye, F.; Lozzi, L. and Shone, C. C. Nature, 1994, 372, 415.
42. Schmidt, J. J.; Bostian, K. A. J. Protein Chem., 1997, 16, 19.
43. Chen, S.; Barbieri, J. T. J. Biol. Chem., 2006, 281, 10906.
44. Shone, C. C.; Quinn, C. P.; Wait, R.; Hallis, B.; Fooks, S. G.; Hambleton, P. Eur. J. Biochem., 1993, 217, 965.
45. Schmidt, J. J.; Stafford, R, G.; Millard, C. B. Anal. Biochem., 2001, 296, 130.
46. Cherington, M. Muscle Nerve, 1998, 21, 701.
47. Rosenbloom, M.; Leikin, J. B.; Vogel, S. N.; Chaudry, Z. A. Am. J. Therapeutics, 2002, 9, 5.
48. Sheridan, R. E.; Deshpande, S. S.; Amersdorfer, P.; Marks, J. D.; Smith, T. Toxicon, 2001, 39, 651.
49. Marks, J. D. Mov. Disord 2004, 19, S101.
50. Mah, D. C.; Hu, W. G.; Pon, J. K.; Masri, S. A.; Fulton, R. E.; Monette, P. L.; Nagata, L. P. Hybrid. Hybridomics, 2003, 22, 277.
51. Pless, D. D.; Torres, E. R.; Reinke, E. K.; Bavari, S. Infect. Immun., 2001, 69, 570.
52. Byrne, M. P.; Smith, L. A. Biochimie., 2000, 82, 955.
53. Nowakowski, A.; Wang, C.; Powers, D. B.; Amersdorfer, P.; Smith, T. J.; Montgomery, V. A.; Sheridan, R.; Blake, R.; Smith, L. A.; Marks, J. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2002, 99, 11346.
54. Jakobovits, A. Expert Opin. Investig. Drugs, 1998, 7, 607.
55. Ishida, I.; Tomizuka, K.; Yoshida, H.; Tahara, T.; Takahashi, N.; Ohguma, A.; Tanaka, S.; Umehashi, M.; Maeda, H.; Nozaki, C.; Halk, E.; Lonberg, N. Cloning Stem Cells, 2002, 4, 91.
56. Mancini, N.; Carletti, S.; Perotti, M.; Canducci, F.; Mammarella, M.; Sampaolo, M.; Burioni, R. New Microbiol., 2004, 27, 315.
57. Schmidt, J. J.; Stafford, R. G.; Bostian, K. A. FEBS Lett., 1998, 435, 61.
58. Schmidt, J. J.; Stafford, R. G. FEBS Lett., 2002, 532, 423.
59. Nixon, A. E. Curr. Pharm. Biotechnol., 2002, 3, 1.
60. Zdanovsky, A. G.; Karassina, N. V.; Simpson, D.; Zdanovskaia, M. V. J. Protein Chem., 2001, 20, 73.
61. Hayden, J.; Pires, J.; Roy, S.; Hamilton, M.; Moore, G. J. J. Appl. Toxicol., 2003, 23, 1.
62. Martin, L.; Comille, F.; Turcaud, S.; Meudal, H.; Roques, B. P.; Fournie-Zaluski, M. C. J. Med. Chem., 1999, 42, 515.
63. Anne, C.; Turcaud, S.; Quancard, J.; Teffo, F.; Meudal, H.; Fournie-Zaluski, M. C.; Roques, B. P. J. Med. Chem., 2003, 46, 4648.
64. Hayden, J.; Pires, J.; Hamilton, M.; Moore, G. Proc. West. Pharmacol. Soc., 2000, 43, 71.
65. Arndt, J. W.; Chai, Q.; Christian, T.; Stevens, R. C. Biochemistry, 2006, 45, 3255.
66. Breidenbach, M. A.; Brunger, A. T. Nature, 2004, 432, 925.
67. Swaminathan, S.; Eswaramoorthy, S.; Kumaran, D. Mov. Disord., 2004, 19, S17.
68. Agarwal, R.; Eswaramoorthy, S.; Kumaran, D.; Binz, T.; Swaminathan, S. Biochemistry, 2004, 43, 6637.
69. Anne, C.; Comille, F.; Lenoir, C.; Roques, B. P., Anal. Biochem., 2001, 291, 253.
70. Burnett, J. C.; Schmidt, J. J.; Stafford, R. G.; Panchal, R. G.; Nguyen, T. L.; Hermone, A. R.; Vennerstrom, J. L.; McGrath, C. F.; Lane, D. J.; Sausville, E. A.; Zaharevitz, D. W.; Gussio, R.; Bavari, S. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2003, 310, 84.
71. Burnett, J. C.; Schmidt, J. J.; McGrath, C. F.; Nguyen, T. L.; Hermone, A. R.; Panchal, R. G.; Vennerstrom, J. L.; Kodukula, K.; Zaharevitz, D. W.; Gussio, R.; Bavari, S. Bioorg. Med. Chem., 2005, 13, 333.
72. Cai, S.; Singh, B. R. Biochemistry, 2001, 40, 15327.
73. Kukreja, R.; Singh, B.J. Biol. Chem., 2005, 280, 39346.
74. Dong, M.; Yeh, F.; Tepp, W. H.; Dean, C.; Johnson, E. A.; Janz, R.; Chapman, E. R. Science, 2006, 312, 592.
75. Sharma, S.; Zhou, Y.; Singh, B. R. Protein Expr. Purif., 2006, 45, 288.
76. Nimjee, S. M.; Rusconi, C. P.; and Sullenger, B. A. Annu. Rev. Med., 2005, 56, 555.
77. Tuerk, C.; Gold, L. Science, 1990, 249, 505.
78. Pestourie, C.; Duconge, F. Biochimie, 2005, 87, 921.
79. Dong M.; Richards, D. A.; Goodnough, M. C.; Tepp, W. H.; Johnson, E. A.; Chapman, E. R. J. Cell Biol., 2003, 162, 1293.
80. Rusconi, C. P.; Scardino, E.; Layzer, J.; Pitoc, G. A.; Ortel, T. L.; Monroe, D.; Sullenger, B. A. Nature, 2002, 419, 90.
81. Jenison, R. D.; Gill, S. C.; Pardi, A.; and Polisky B. Science, 1994, 263, 1425.
82. Shi, H.; Hoffman, B. E.; and Lis, J. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1999, 96, 10033.
83. Cerchia, L.; Duconge, F.; Pestourie, C.; Boulay, J.; Aissouni, Y.; Gombert, K.; Tavitian, B.; de Franciscis, V.; Libri, D. PLoS Biol., 2004, 3, e123.
84. Nimjee, S. M.; Rusconi, C. P.; Harrington, R. A.; Sullenger, B. A. Trends Cardiovasc. Med., 2005, 15, 41.
85. Rusconi, C. P.; Roberts, J. D.; Pitoc, G. A.; Nimjee, S. M.; White, R. R.; Quick, G. Jr, Scardino, E.; Fay, W. P.; Sullenger, B. A. Nat. Biotechnol., 2004, 22, 1423.
86. Ng, E. W.; Adamis, A. P. Can. J. Ophthalmol., 2005, 40, 352.
87. Featherstone, J.; Griffiths, S. Nat. Rev. Drug Discov., 2002, 1, 413.
88. http://www.Macugen.com
89. Romero-Lopez, C.; Barroso-delJesus, A.; Puerta-Fernandez, E.; Berzal-Herranz, A. Biol. Chem.; 2005, 386, 183.
90. Khati, M.; Schuman, M.; Ibrahim, J.; Sattentau, Q.; Gordon, S.; James, W. J. Virol., 2003, 77, 12692.
91. Jeon, S. H.; Kayhan, B.; Ben-Yedidia, T.; Arnon, R. J. Biol. Chem., 2004, 279, 48410.
92. Hwang B.; Han, K.; Lee, S. W. FEBS Lett., 2003, 548, 85.
93. Hwang B.; Lee, S. W. (2002) Biochem. Biophys. Res. Commun., 2002, 290, 656.
94. Hicke, B. J.; Watson, S. R.; Koenig, A.; Lynott, C. K.; Bargatze, R. F.; Chang, Y. F.; Ringquist, S.; Moon-McDermott, L.; Jennings, S.; Fitzwater, T.; Han, H. L.; Varki, N.; Albinana, I.; Willis, M. C.; Varki, A.; Parma, D. J. Clin. Invest., 1996, 98, 2688.
95. Watson, S. R.; Chang, Y. F.; O'Connell, D.; Weigand, L.; Ringquist, S.; Parma, D. H. Antisense Nucleic Acid Drug Dev., 2000, 10, 63.
96. Weiss, S.; Proske, D.; Neumann, M.; Groschup, M. H.; Kretzschmar, H. A.; Famulok, M.; Winnacker, E. L. J. Virol., 1997, 71, 8790.
97. Ylera, F.; Lurz, R.; Erdmann, V. A.; Furste, J. P. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2002, 290, 1583.
98. Rhie, A.; Kirby, L.; Sayer, N.; Wellesley, R.; Disterer, P.; Sylvester, I.; Gill, A.; Hope, J.; James, W.; and Tahiri-Alaoui, A. J. Biol. Chem., 2003, 278, 39697.
99. Faulhammer, D.; Eschgfaller, B.; Stark, S.; Burgstaller, P.; Englberger, W.; Erfurth, J.; Kleinjung, F.; Rupp, J.; Dan Vulcu, S.; Schroder, W.; Vonhoff, S.; Nawrath, H.; Gillen, C.; Klussmann. S. RNA, 2004, 10, 516.
100. Vater, A.; Jarosch, F.; Buchner, K.; Klussmann, S. Nucleic Acids Res., 2003, 31, e130.
101. Mori, T.; Oguro, A.; Ohtsu, T.; and Nakamura, Y. Nucleic Acids Res., 2004, 32, 6120.
102. Santulli-Marotto, S.; Nair, S. K.; Rusconi, C.; Sullenger, B.; and Gilboa. E. Cancer Res., 2003, 63, 7483.
103. Pendergrast, P. S.; Marsh, H. N.; Grate, D.; Healy, J. M.; Stanton, M. J. Biomol. Tech., 2005, 16, 224.
104. Richardson, F. C.; Tennant, B. C.; Meyer, D. J.; Richardson, K. A.; Mann, P. C.; McGinty, G. R.; Wolf, J. L.; Zack, P. M.; Bendele, R. A. Toxicol. Pathol., 1999, 27, 607.
105. Laber, D. A.; Taft, B. S.; Kloecker, G. H.; Bates, J. P.; Trent, J. O.; Miller, D. M.J. Clin. Oncol, 2006, 24, 13098.
106. Pagratis, N. C.; Bell, C.; Chang, Y. F.; Jennings, S.; Fitzwater, T.; Jellinek, D.; Dang, C. Nat. Biotechnol., 1997, 15, 68.
107. Tucker, C. E.; Chen, L. S.; Judkins, M. B.; Farmer, J. A.; Gill, S. C.; and Drolet, D. W. J. Chromatogr. B Biomed. Sci. Appl., 1999, 732, 203.
108. Gedulin, B. R.; Smith, P.; Prickett, K. S.; Tryon, M.; Barnhill, S.; Reynolds, J.; Nielsen, L. L.; Parkes, D. G.; Young, A. A. Diabetologia., 2005, 48, 1380.
109. Dietz, G. P.; Bahr, M. Mol. Cell Neurosci., 2004, 27, 85.
110. Shoji, Y.; Nakashima, H. Curr. Pharm. Des., 2004, 10, 785.
111. Lu, Q. L.; Rabinowitz, A.; Chen, Y. C.; Yokota, T.; Yin, H.; Alter, J.; Jadoon, A.; Bou-Gharios, G.; Partridge, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2005, 102, 198.
112. Vinogradov, S. V.; Batrakova, E. V.; Kabanov, A. V. Bioconjug. Chem., 2004, 5, 50.
113. Song, E.; Zhu, P.; Lee, S. K.; Chowdhury, D.; Kussman, S.; Dykxhoorn, D. M.; Feng, Y.; Palliser, D.; Weiner, D. B.; Shankar, P.; Marasco, W. A.; Lieberman, J. Nat. Biotechnol., 2005, 23, 709.
114. Valigra L. (2004) First Aptamer-Based Drugs Take on Tough Diseases, Drug Discovery & Development (http://www.dddmag.com/ShowPR.aspx?PUBCODE= 016&ACCT=1600000100&ISSUE=0503&RELTYPE=PR&ORIGRELTYPE= CEL&PRODCODE=00000000&PRODLE77=BA)
115. Goodnough, M. C.; Oyler, G.; Fishman, P. S.; Johnson, E. A.; Neale, E. A.; Keller, J. E.; Tepp, W. H.; Clark, M.; Hartz, S.; Adler, M. FEBS Lett., 2002, 513, 163.
116. Zdanovskaia, M. V.; Los, G.; Zdanovsky, A. G. J. Protein Chem., 2000, 19, 699.
117. Tufts Center for the Study of Drug Development (CSDD) 2006 Outlook Report, Tufts Center for the Study of Drug Development 2006 (http://csdd.tufts.edu/InfoServices/OutlookReports.asp).