We identified MMV026468 as a picomolar inhibitor of blood-stage

Malaria, caused by Plasmodium falciparum, remains a significant health burden. One major barrier for developing antimalarial drugs is the ability of the parasite to rapidly generate resistance. We previously demonstrated that salinipostin A (SalA), a natural product, potently kills parasites by inhibiting multiple lipid metabolizing serine hydrolases, a mechanism that results in a low propensity for resistance. Given the difficulty of employing natural products as therapeutic agents, we synthesized a small library of lipidic mixed alkyl/aryl phosphonates as bioisosteres of SalA. Two constitutional isomers exhibited divergent antiparasitic potencies that enabled the identification of therapeutically relevant targets. The active compound kills parasites through a mechanism that is distinct from both SalA and the pan-lipase inhibitor orlistat and shows synergistic killing with orlistat. Our compound induces only weak resistance, attributable to mutations in a single protein involved in multidrug resistance. These data suggest that mixed alkyl/aryl phosphonates are promising, synthetically tractable antimalarials.

ABSTRACT The Plasmodium proteasome is a promising antimalarial drug target due to its essential role in all parasite lifecycle stages. Furthermore, proteasome inhibitors have synergistic effects when combined with current first-line artemisinins. Linear peptides that covalently inhibit the proteasome are effective at killing parasites and have a low propensity for inducing resistance. However, these scaffolds generally suffer from poor pharmacokinetics and bioavailability. Here we describe the development of covalent, irreversible macrocyclic inhibitors of the P. falciparum proteasome. We identified compounds with excellent potency and low cytotoxicity, however, the first generation suffered from poor microsomal stability. Further optimization of an existing macrocyclic scaffold resulted in an irreversible covalent inhibitor carrying a vinyl sulfone electrophile that retained high potency, low cytotoxicity, and had acceptable metabolic stability. Importantly, unlike the parent reversible inhibitor that selected for multiple mutations in the proteasome, with one resulting in a 5,000-fold loss of potency, the irreversible analog only showed a 5-fold loss in potency for any single point mutation. Furthermore, an epoxyketone analog of the same scaffold retained potency against a panel of known proteasome mutants. These results confirm that macrocycles are optimal scaffolds to target the malarial proteasome and that the use of a covalent electrophile can greatly reduce the ability of the parasite to generate drug resistance mutations.

Malaria, caused by

ABSTRACT Artemisinins are first-line treatment for malaria, prized for their extremely fast reduction of parasite load in patients. New fast-acting antimalarial compounds are urgently needed to counter artemisinin resistance, but the fast parasite reduction observed with artemisinins is rare among antimalarial compounds. Here we show that MMV1580853 has a very fast in vitro killing rate, comparable to that of dihydroartemisinin. Near-complete parasite growth inhibition was observed within 1 hour of treatment with MMV1580853 and dihydroartemisinin, while chloroquine, another fast-acting antimalarial, showed partial growth inhibition after 1h. MMV1580853 was reported to inhibit prenyltransferases, but its fast killing rate is inconsistent with this mechanism-of-action and we were unable to validate any of 3 annotated P. falciparum prenyltransferases as MMV1580853 targets. MMV1580853 also did not phenocopy the inhibition phenotype of either chloroquine or dihydroartemisinin. These results indicate that MMV1580853 has a distinct mechanism-of-action leading to a very fast killing rate. MMV1580853 compound development and investigation of its mechanism-of-action will be critical avenues in the search for drugs matching the remarkable clinical efficacy of artemisinin.