Infections with the pathogenic free-living amoebae Naegleria fowleri can lead to life-threatening illnesses including catastrophic primary amoebic meningoencephalitis (PAM). Efficacious treatment options for these infections are lacking and the mortality rate remains >95% in the US. Glycolysis is very important for the infectious trophozoite lifecycle stage and inhibitors of glucose metabolism have been found to be toxic to the pathogen. Recently, human enolase 2 (ENO2) phosphonate inhibitors have been developed as lead agents to treat glioblastoma multiforme (GBM). These compounds, which cure GBM in a rodent model, are well-tolerated in mammals because enolase 1 (ENO1) is the predominant isoform used systemically. Here, we describe findings that demonstrate these agents are potent inhibitors of N. fowleri ENO (NfENO) and are lethal to amoebae. In particular, (1-hydroxy-2-oxopiperidin-3-yl) phosphonic acid (HEX) was a potent enzyme inhibitor (IC50 = 0.14 ± 0.04 μM) that was toxic to trophozoites (EC50 = 0.21 ± 0.02 μM) while the reported CC50 was >300 μM. Molecular docking simulation revealed that HEX binds strongly to the active site of NfENO with a binding affinity of -8.6 kcal/mol. Metabolomic studies of parasites treated with HEX revealed a 4.5 to 78-fold accumulation of glycolytic intermediates upstream of NfENO. Last, nasal instillation of HEX increased longevity of amoebae-infected rodents. Two days after infection, animals were treated for 10 days with 3 mg/kg HEX, followed by one week of observation. At the end of the one-week observation, eight of 12 HEX-treated animals remained alive (resulting in an indeterminable median survival time) while one of 12 vehicle-treated rodents remained, yielding a median survival time of 10.9 days. However, intranasal HEX delivery was not curative as brains of six of the eight survivors were positive for amoebae. These findings suggest that HEX requires further evaluation to develop as a lead for treatment of PAM.

ABSTRACT Infections with the pathogenic free-living amoebae Naegleria fowleri can lead to life-threatening illnesses including catastrophic primary amebic meningoencephalitis (PAM). Efficacious treatment options for these infections are lacking and the mortality rate remains >95% in the US. Glycolysis is very important for the infectious trophozoite lifecycle stage and inhibitors of glucose metabolism have been found to be toxic to the pathogen. Recently, human enolase 2 (ENO2) phosphonate inhibitors have been developed as lead agents to treat glioblastoma multiforme (GBM). These compounds, which cure GBM in a rodent model, are well-tolerated in mammals because enolase 1 (ENO1) is the predominant isoform used systemically. Here, we describe findings that demonstrate that these agents are potent inhibitors of N. fowleri ENO ( Nf ENO) and are lethal to amoebae. In particular, (1-hydroxy-2-oxopiperidin-3-yl) phosphonic acid (HEX) was a potent enzyme inhibitor (IC 50 value of 0.14 ± 0.04 µM) that was toxic to trophozoites (EC 50 value of 0.21 ± 0.02 µM) while the reported CC 50 was >300 µM. Molecular docking simulation revealed that HEX binds strongly to the active site of Nf ENO with a binding affinity of –8.6 kcal/mol. Metabolomic studies of parasites treated with HEX revealed a 4.5 to 78-fold accumulation of glycolytic intermediates upstream of Nf ENO. Last, nasal instillation of HEX increased longevity of amoebae-infected rodents. Two days after infection, animals were treated for 10 days with 3 mg/kg HEX, followed by one week of observation. At the conclusion of the experiment, eight of 12 HEX-treated animals remained alive (resulting in an indeterminable median survival time) while one of 12 vehicle-treated rodents remained, yielding a median survival time of 10.9 days. Brains of six of the eight survivors were positive for amoebae, suggesting the agent at the tested dose suppressed, but did not eliminate, infection. These findings suggest that HEX is a promising lead for the treatment of PAM.

Antipsychotic drugs have been shown to have antitumor effects but have had limited potency in the clinic. Here, we unveil that pimozide inhibits lysosome hydrolytic function to suppress fatty acid and cholesterol release in glioblastoma (GBM), the most lethal brain tumor. Unexpectedly, GBM develops resistance to pimozide by boosting glutamine consumption and lipogenesis. These elevations are driven by SREBP-1, which we find upregulates the expression of ASCT2, a key glutamine transporter. Glutamine, in turn, intensifies SREBP-1 activation through the release of ammonia, creating a feedforward loop that amplifies both glutamine metabolism and lipid synthesis, leading to drug resistance. Disrupting this loop via pharmacological targeting of ASCT2 or glutaminase, in combination with pimozide, induces remarkable mitochondrial damage and oxidative stress, leading to GBM cell death in vitro and in vivo. Our findings underscore the promising therapeutic potential of effectively targeting GBM by combining glutamine metabolism inhibition with lysosome suppression.

ABSTRACT The efficacy of FDA-approved tyrosine kinase inhibitors (TKIs) targeting EGFR is limited due to the persistence of drug-tolerant cell populations, leading to therapy resistance. Non-genetic mechanisms, such as metabolic rewiring, play a significant role in driving lung cancer cells into the drug-tolerant state, allowing them to persist under continuous drug treatment. This study aimed to investigate the impact of the glycolytic regulator 6-Phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase (PFKFB3) on the metabolic adaptivity of lung cancer cells to EGFR TKI therapies. Using two EGFR-driven non-small cell lung cancer cell lines, PC9 and HCC827, we analyzed metabolic changes in cells exposed to EGFR inhibitors and evaluated the effect of PFKFB3 inhibition on metabolic adaptations during TKI treatment. Our results indicate that PFKFB3-mediated glycolysis sustains ATP production upon TKI treatment. Metabolomics studies revealed that PFKFB3 inhibition in TKI-treated cells limits glucose utilization in glycolysis, TCA cycle, and polyol pathway. Additionally, we show that pharmacological inhibition of PFKFB3 overcomes TKI-driven redox capacity by diminishing the expression of glutathione peroxidase 4 (GPX4), which in turn, exacerbates oxidative stress. Our study also revealed that PFKFB3 contributes to DNA oxidation and damage by controlling the expression of DNA-glycosylases involved in base excision repair. In TKI-treated cells, PFKFB3 inhibition reduced ATM expression and limited DNA damage repair, increasing sensitivity to DNA integrity insults. In summary, our results suggest that inhibiting PFKFB3 can be an effective strategy to eradicate cancer cells surviving under EGFR-TKI therapy before they enter the drug-resistant state. STATEMENT OF IMPLICATION Targeting PFKFB3 can improve the efficacy of EGFR-targeting TKIs by restricting non-genetic adaptations embraced by drug-tolerant cells.

Abstract Histidyl dipeptides, are synthesized in the heart via enzyme carnosine synthase (Carns), which facilitates glycolysis and glucose oxidation by proton buffering and attenuate ischemia and reperfusion injury. However, a composite understanding of the histidyl dipeptide mediated responses in the heart are lacking. We performed multilayer omics in the cardio specific Carns overexpressing mice, showing higher myocardial levels of histidyl dipeptides lead to extensive changes in microRNAs that could target the expression of contractile proteins and enzymes involved in β -fatty acid oxidation and citric acid cycle (TCA). Similarly, global proteomics showed contractile function, fatty acid degradation and TCA cycle, pathways were enriched in the CarnsTg heart. Parallel with these changes, free fatty acids, and TCA intermediate-succinic acid were lower under aerobic and significantly attenuated under anaerobic conditions in the CarnsTg heart. Integration of multiomics data shows β -fatty acid oxidation and TCA cycle exhibit correlative changes at all three levels in CarnsTg heart, suggesting histidyl dipeptides are critical regulators of myocardial structure, function and energetics.