A major cause of the paucity of new starting points for drug discovery is the lack of interaction between academia and industry. Much of the global resource in biology is present in universities, whereas the focus of medicinal chemistry is still largely within industry. Open source drug discovery, with sharing of information, is clearly a first step towards overcoming this gap. But the interface could especially be bridged through a scale-up of open sharing of physical compounds, which would accelerate the finding of new starting points for drug discovery. The Medicines for Malaria Venture Malaria Box is a collection of over 400 compounds representing families of structures identified in phenotypic screens of pharmaceutical and academic libraries against the Plasmodium falciparum malaria parasite. The set has now been distributed to almost 200 research groups globally in the last two years, with the only stipulation that information from the screens is deposited in the public domain. This paper reports for the first time on 236 screens that have been carried out against the Malaria Box and compares these results with 55 assays that were previously published, in a format that allows a meta-analysis of the combined dataset. The combined biochemical and cellular assays presented here suggest mechanisms of action for 135 (34%) of the compounds active in killing multiple life-cycle stages of the malaria parasite, including asexual blood, liver, gametocyte, gametes and insect ookinete stages. In addition, many compounds demonstrated activity against other pathogens, showing hits in assays with 16 protozoa, 7 helminths, 9 bacterial and mycobacterial species, the dengue fever mosquito vector, and the NCI60 human cancer cell line panel of 60 human tumor cell lines. Toxicological, pharmacokinetic and metabolic properties were collected on all the compounds, assisting in the selection of the most promising candidates for murine proof-of-concept experiments and medicinal chemistry programs. The data for all of these assays are presented and analyzed to show how outstanding leads for many indications can be selected. These results reveal the immense potential for translating the dispersed expertise in biological assays involving human pathogens into drug discovery starting points, by providing open access to new families of molecules, and emphasize how a small additional investment made to help acquire and distribute compounds, and sharing the data, can catalyze drug discovery for dozens of different indications. Another lesson is that when multiple screens from different groups are run on the same library, results can be integrated quickly to select the most valuable starting points for subsequent medicinal chemistry efforts.

Despite over a century of study of malaria parasites, parts of the Plasmodium falciparum life cycle remain virtually unknown. One of these is the early gametocyte stage, a round shaped cell morphologically similar to an asexual trophozoite in which major cellular transformations ensure subsequent development of the elongated gametocyte. We developed a protocol to obtain for the first time highly purified preparations of early gametocytes using a transgenic line expressing a green fluorescent protein from the onset of gametocytogenesis. We determined the cellular proteome (1427 proteins) of this parasite stage by high accuracy tandem mass spectrometry and newly determined the proteomes of asexual trophozoites and mature gametocytes, identifying altogether 1090 previously undetected parasite proteins. Quantitative label-free comparative proteomics analysis determined enriched protein clusters for the three parasite developmental stages. Gene set enrichment analysis on the 251 proteins enriched in the early gametocyte proteome revealed that proteins putatively exported and involved in erythrocyte remodeling are the most overrepresented protein set in these stages. One-tenth of the early gametocyte-enriched proteome is constituted of putatively exported proteins, here named PfGEXPs (P. falciparum gametocyte-exported proteins). N-terminal processing and N-acetylation at a conserved leucine residue within the Plasmodium export element pentamotif were detected by mass spectrometry for three such proteins in the early but not in the mature gametocyte sample, further supporting a specific role in protein export in early gametocytogenesis. Previous reports and results of our experiments confirm that the three proteins are indeed exported in the erythrocyte cytoplasm. This work indicates that protein export profoundly marks early sexual differentiation in P. falciparum, probably contributing to host cell remodeling in this phase of the life cycle, and that gametocyte-enriched molecules are recruited to modulate this process in gametocytogenesis.

A hallmark of cerebral malaria (CM) is sequestration of

Abstract A hallmark of cerebral malaria (CM) is sequestration of Plasmodium falciparum infected erythrocytes (IE) within the brain microvasculature. Binding of IE to endothelium reduces microvascular flow and combined with an inflammatory response perturbs endothelial barrier function, resulting in breakdown of the blood- brain barrier (BBB). Cytoadherence leads to activation of the endothelium and alters a range of cell processes affecting signalling pathways, receptor expression, coagulation, and disruption of BBB integrity. Here, we investigated whether CM derived parasites elicit differential effects on human brain microvascular endothelial cells (HBMECs), as compared to uncomplicated malaria (UM) derived parasites. Patient-derived IE from UM and CM clinical cases, as well as non-binding skeleton-binding protein 1 knockout parasites, were overlaid onto TNF-activated HBMECs. Gene expression analysis of endothelial responses was performed using probe-based assays of a panel of genes involved in inflammation, apoptosis, endothelial barrier function, and prostacyclin synthesis pathway. We observed a significant effect on endothelial transcriptional responses in the presence of IE, yet there was no significant correlation between HBMEC responses and type of clinical syndrome (UM or CM). Further, there was no correlation between HBMEC gene expression and both binding itself and level of IE binding to HBMEC, as we detected the same change in endothelial responses when employing both binding and non-binding parasites. Our results suggest that interaction of IE with endothelial cells in this co-culture model induce some endothelial responses that are independent of clinical origin and independent of the expression of the major variant antigen Pf EMP1 on the IE surface.