Abstract SYNGAP1 is a major genetic risk factor for global developmental delay, autism spectrum disorder, and epileptic encephalopathy. De novo loss-of-function variants in this gene cause a neurodevelopmental disorder defined by cognitive impairment, social-communication disorder, and early-onset seizures. Cell biological studies in mouse and rat neurons have shown that Syngap1 regulates developing excitatory synapse structure and function, with loss-of-function variants driving formation of larger dendritic spines and stronger glutamatergic transmission. However, studies to date have been limited to mouse and rat neurons. Therefore, it remains unknown how SYNGAP1 loss-of-function impacts the development and function of human neurons. To address this, we employed CRISPR/Cas9 technology to ablate SYNGAP1 protein expression in neurons derived from a human induced pluripotent stem cell line (hiPSC). Reducing SynGAP protein expression in developing hiPSC-derived neurons enhanced dendritic morphogenesis, leading to larger neurons compared to those derived from isogenic controls. Consistent with larger dendritic fields, we also observed a greater number of morphologically defined excitatory synapses in cultures containing these neurons. Moreover, neurons with reduced SynGAP protein had stronger excitatory synapses and expressed synaptic activity earlier in development. Finally, distributed network spiking activity appeared earlier, was substantially elevated, and exhibited greater bursting behavior in SYNGAP1 null neurons. We conclude that SYNGAP1 regulates the postmitotic maturation of human neurons made from hiPSCs, which influences how activity develops within nascent neural networks. Alterations to this fundamental neurodevelopmental process may contribute to the etiology of SYNGAP1 -related disorders.

ABSTRACT The severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 responsible for COVID-19 remains a persistent threat to mankind, especially for the immunocompromised and elderly for which the vaccine may have limited effectiveness. Entry of SARS-CoV-2 requires a high affinity interaction of the viral spike protein with the cellular receptor angiotensin-converting enzyme 2. Novel mutations on the spike protein correlate with the high transmissibility of new variants of SARS-CoV-2, highlighting the need for small molecule inhibitors of virus entry into target cells. We report the identification of such inhibitors through a robust high-throughput screen testing 15,000 small molecules from unique libraries. Several leads were validated in a suite of mechanistic assays, including whole cell SARS-CoV-2 infectivity assays. The main lead compound, Calpeptin, was further characterized using SARS-CoV-1 and the novel SARS-CoV-2 variant entry assays, SARS-CoV-2 protease assays and molecular docking. This study reveals Calpeptin as a potent and specific inhibitor of SARS-CoV-2 and some variants.

Zika virus (ZIKV) continues to pose a significant global public health threat, with recurring regional outbreaks and potential for pandemic spread. Despite often being asymptomatic, ZIKV infections can have severe consequences, including neurological disorders and congenital abnormalities. Unfortunately, there are currently no approved vaccines or antiviral drugs for the prevention or treatment of ZIKV. One promising target for drug development is the ZIKV NS2B-NS3 protease due to its crucial role in the virus life cycle. In this study, we established a cell-based ZIKV protease inhibition assay designed for high-throughput screening (HTS). Our assay relies on the ZIKV protease's ability to cleave a cyclised firefly luciferase fused to a natural cleavage sequence between NS2B and NS3 protease within living cells. We evaluated the performance of our assay in HTS setting using the pharmacologic controls (JNJ-40418677 and MK-591) and by screening a Library of Pharmacologically Active Compounds (LOPAC). The results confirmed the feasibility of our assay for compound library screening to identify potential ZIKV protease inhibitors.

Pancreatic cancer is one of the deadliest diseases in human malignancies. Among total pancreatic cancer patients, ∼10% of patients are categorized as familial pancreatic cancer (FPC) patients, carrying germline mutations of the genes involved in DNA repair pathways ( e.g., BRCA2 ). Personalized medicine approaches tailored toward patients' mutations would improve patients' outcome. To identify novel vulnerabilities of BRCA2 -deficient pancreatic cancer, we generated isogenic Brca2 -deficient murine pancreatic cancer cell lines and performed high-throughput drug screens. High-throughput drug screening revealed that Brca2 -deficient cells are sensitive to Bromodomain and Extraterminal Motif (BET) inhibitors, suggesting that BET inhibition might be a potential therapeutic approach. We found that BRCA2 deficiency increased autophagic flux, which was further enhanced by BET inhibition in Brca2 -deficient pancreatic cancer cells, resulting in autophagy-dependent cell death. Our data suggests that BET inhibition can be a novel therapeutic strategy for BRCA2 -deficient pancreatic cancer.

Diseases caused by parasitic flatworms impart a considerable healthcare burden worldwide. Many of these diseases — for example, the parasitic blood fluke infection, schistosomiasis — are treated with the drug praziquantel (PZQ). However, PZQ is ineffective against disease caused by liver flukes from the genus Fasciola. This is due to a single amino acid change within the target of PZQ, a transient receptor potential ion channel (TRPMPZQ), in Fasciola species. Here we identify benzamidoquinazolinone analogs that are active against Fasciola TRPMPZQ. Structure-activity studies define an optimized ligand (BZQ) that caused protracted paralysis and damage to the protective tegument of these liver flukes. BZQ also retained activity against Schistosoma mansoni comparable to PZQ and was active against TRPMPZQ orthologs in all profiled species of parasitic fluke. This broad spectrum activity was manifest as BZQ adopts a pose within the binding pocket of TRPMPZQ dependent on a ubiquitously conserved residue. BZQ therefore acts as a universal activator of trematode TRPMPZQ and a first-in-class, broad spectrum flukicide.

ABSTRACT Despite recent advances in melanoma drug discovery, the average overall survival of patients with late stage metastatic melanoma is approximately 3 years, suggesting a need for new approaches and melanoma therapeutic targets. Previously we identified heterogeneous nuclear ribonucleoprotein H2 as a potential target of anti-melanoma compound 2155-14 (Palrasu et al , Cell Physiol Biochem 2019;53:656-86). In the present study, we endeavored to develop an assay to enable a high throughput screening campaign to identify drug-like molecules acting via down regulation of heterogeneous nuclear ribonucleoprotein H that can be used for melanoma therapy and research. Results We established a cell-based platform using metastatic melanoma cell line WM266-4 expressing hnRNPH2 conjugated with green fluorescent protein to enable assay development and screening. High Content Screening assay was developed and validated in 384 well plate format, followed by miniaturization to 1,536 well plate format. All plate-based QC parameters were acceptable: %CV = 6.7±0.3, S/B = 21±2.1, Z’ = 0.75±0.04. Pilot screen of FDA-approved drug library (n=1,400 compounds) demonstrated hit rate of 0.5%. Two compounds demonstrated pharmacological response and were authenticated by western blot analysis. Conclusions We developed a highly robust HTS-amenable high content screening assay capable of monitoring down regulation of hnRNPH2. This assay is thus capable of identifying authentic down regulators of hnRNPH1 and 2 in a large compound collection and, therefore, is amenable to a large-scale screening effort.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is responsible for nearly 7 million deaths worldwide since its outbreak in late 2019. Even with the rapid development and production of vaccines and intensive research, there is still a huge need for specific anti-viral drugs that address the rapidly arising new variants. To address this concern, the National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) established nine Antiviral Drug Discovery (AViDD) Centers, tasked with exploring approaches to target pathogens with pandemic potential, including SARS-CoV-2. In this study, we sought inhibitors of SARS-CoV2 non-structural protein 13 (nsP13) as potential antivirals, first developing a HTS-compatible assay to measure SARS-CoV2 nsP13 helicase activity. Here we present our effort in implementing the assay in a 1,536 well-plate format and in identifying nsP13 inhibitor hit compounds from a ∼650,000 compound library. The primary screen was robust (average Z' = 0.86 ± 0.05) and resulted in 7,009 primary hits. 1,763 of these compounds upon repeated retests were further confirmed, showing consistent inhibition. Following in-silico analysis, an additional orthogonal assay and titration assays, we identified 674 compounds with IC

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is predicted to become the second leading cause of cancer-related deaths in the United States by 2020, due in part to innate resistance to widely used chemotherapeutic agents and limited knowledge about key molecular factors that drive tumor aggression. We previously reported a novel negative prognostic biomarker, keratin 17 (K17), whose overexpression in cancer results in shortened patient survival. In this study, we aimed to determine the predictive value of K17 and explore the therapeutic vulnerability in K17-expressing PDAC, using an unbiased high-throughput drug screen. Patient-derived data analysis showed that K17 expression correlates with resistance to Gemcitabine (Gem). In multiple in vitro models of PDAC, spanning human and murine PDAC cells, we determined that the expression of K17 results in a more than two-fold increase in resistance to Gem and 5-fluorouracil, key components of current standard-of-care chemotherapeutic regimens. Furthermore, through an unbiased drug screen, we discovered that Podophyllotoxin (PPT), a microtubule inhibitor, showed at least two-fold higher sensitivity in K17-expressing compared to K17-negative PDAC cells. In the clinic, another microtubule inhibitor, Paclitaxel (PTX), is used in combination with Gem as a first line chemotherapeutic regimen for pancreatic, breast, lung, and ovarian cancer. Surprisingly, we found that when combined with Gem, PPT but not PTX, was synergistic in inhibiting the viability of K17-expressing PDAC cells. This provides evidence that PPT or its derivatives could potentially be combined with Gem to enhance treatment efficacy for the approximately 50% of PDACs that express high levels of K17. In summary, we reported that K17 is a novel target for developing a biomarker-based personalized treatment for PDAC.

Emerging highly pathogenic viruses can pose profound impacts on global health, the economy, and society. To meet that challenge, the National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) established nine Antiviral Drug Discovery (AViDD) centers for early-stage identification and validation of novel antiviral drug candidates against viruses with pandemic potential. As part of this initiative, we established paired entry assays that simultaneously screen for inhibitors specifically targeting SARS-CoV-2 (SARS2), Lassa virus (LASV) and Machupo virus (MACV) entry. To do so we employed a dual pseudotyped virus (PV) infection system allowing us to screen ∼650,000 compounds efficiently and cost-effectively. Adaptation of these paired assays into 1536 well-plate format for ultra-high throughput screening (uHTS) resulted in the largest screening ever conducted in our facility, with over 2.4 million wells completed. The paired infection system allowed us to detect two PV infections simultaneously: LASV + MACV, MACV + SARS2, and SARS2 + LASV. Each PV contains a different luciferase reporter gene which enabled us to measure the infection of each PV exclusively, albeit in the same well. Each PV was screened at least twice utilizing different reporters, which allowed us to select the inhibitors specific to a particular PV and to exclude those that hit off targets, including cellular components or the reporter proteins. All assays were robust with an average Z' value ranging from 0.5 to 0.8. The primary screening of ∼650,000 compounds resulted in 1812, 1506, and 2586 unique hits for LASV, MACV, and SARS2, respectively. The confirmation screening narrowed this list further to 60, 40, and 90 compounds that are unique to LASV, MACV, and SARS2, respectively. Of these compounds, 8, 35, and 50 compounds showed IC