Abstract As a result of a high-throughput compound screening campaign of Mycobacterium tuberculosis infected macrophages, a new preclinical drug candidate for the treatment of tuberculosis has been identified. GSK2556286 inhibits growth within human macrophages (IC 50 = 0.07 µM), is active against extracellular bacteria in cholesterol-containing culture media and exhibits no cross-resistance with known antitubercular drugs. In addition, it has shown efficacy in different mouse models of tuberculosis (TB) and has an adequate safety profile in two preclinical species. These features indicate a compound with a novel mode of action, although still not fully defined, that is effective against both multidrug or extensively-resistant (M/XDR) and drug-sensitive (DS) M. tuberculosis with the potential to shorten the duration of treatment in novel combination drug regimens. One Sentence Summary GSK2556286 is a novel preclinical drug candidate for the treatment of tuberculosis with a new mode of action potentially able to contribute to the shortening of TB chemotherapy.

Novel regimens combining bedaquiline and pretomanid with either linezolid (BPaL regimen) or moxifloxacin and pyrazinamide (BPaMZ regimen) shorten the treatment duration needed to cure TB in BALB/c mice compared to the first-line regimen and have yielded promising results in initial clinical trials. However, the independent contribution of the investigational new drug pretomanid to the efficacy of BPaMZ has not been examined and its contribution to BPaL has been examined only over the first 2 months of treatment. In the present study, the addition of pretomanid to BL increased bactericidal activity, prevented emergence of bedaquiline resistance, and shortened the duration needed to prevent relapse with drug-susceptible isolates by at least 2 months in BALB/c mice. Addition of pretomanid to BMZ resulted in a 1 log10 greater CFU reduction after 1 month of treatment and/or reduced the number of mice relapsing in each of 2 experiments in BALB/c mice and in immunocompromised nude mice. Bedaquiline-resistant isolates were found at relapse in only one BMZ-treated nude mouse. Treatment of infection with a pyrazinamide-resistant mutant in BALB/c mice with BPaMZ prevented selection of bedaquiline-resistant mutants and reduced the proportion of mice relapsing compared to BMZ alone. Among severely ill C3HeB/FeJ mice with caseous pneumonia and cavitation, BPaMZ increased median survival (≥60 vs. 21 days) and reduced median lung CFU by 2.4 log10 at 1 month compared to BMZ. In conclusion, in 3 different mouse models, pretomanid contributed significantly to the efficacy of the BPaMZ and BPaL regimens, including restricting the selection of bedaquiline-resistant mutants.

ABSTRACT A regimen comprised of bedaquiline, pretomanid and linezolid (BPaL) is the first oral 6-month regimen approved by the US Food and Drug Administration and recommended by the World Health Organization for treatment of extensively drug-resistant tuberculosis. We used a well-established BALB/c mouse model of tuberculosis to evaluate the treatment-shortening potential of replacing bedaquiline with either of two new, more potent diarylquinolines in early clinical trials, TBAJ-587 and TBAJ-876. We also evaluated the effect of replacing linezolid with a new oxazolidinone, TBI-223, exhibiting a larger safety margin with respect to mitochondrial toxicity in preclinical studies. Replacing bedaquiline with TBAJ-587 at the same 25 mg/kg dose significantly reduced the proportion of mice relapsing after 2 months of treatment, while replacing linezolid with TBI-223 at the same 100 mg/kg dose did not significantly change the proportion of mice relapsing. Replacing linezolid or TBI-223 with sutezolid in combination with TBAJ-587 and pretomanid significantly reduced the proportion of mice relapsing. In combination with pretomanid and TBI-223, TBAJ-876 at 6.25 mg/kg was equipotent to TBAJ-587 at 25 mg/kg. We conclude that replacement of bedaquiline with these more efficacious and potentially safer diarylquinolines and replacement of linezolid with potentially safer and at least as efficacious oxazolidinones in the clinically successful BPaL regimen may lead to superior regimens capable of treating both drug-susceptible and drug-resistant TB more effectively and safely.

ABSTRACT Isoniazid is an important first-line medicine to treat tuberculosis (TB). Isoniazid resistance increases the risk of poor treatment outcomes and development of multidrug resistance, and is driven primarily by mutations involving katG , encoding the pro-drug activating enzyme, rather than its validated target, InhA. The chemical tractability of InhA has fostered efforts to discover direct inhibitors of InhA (DIIs). During the past five years, successful target engagement and in vivo efficacy have been demonstrated by diverse DIIs. In this study, we bridge the gap in understanding the potential contribution of DIIs to novel combination regimens and demonstrate a clear distinction of DIIs, like GSK693 and the newly described GSK138, from isoniazid, based on activity against clinical isolates and contribution to novel drug regimens. The results presented increase the understanding of DII mechanism of action and provide further impetus to continue exploiting InhA as a promising target for TB drug development.

The clinical efficacy of combination drug regimens containing the first generation diarylquinoline (DARQ) bedaquiline in the treatment of multidrug-resistant tuberculosis has validated ATP synthesis as a vulnerable pathway in Mycobacterium tuberculosis. New DARQs in clinical development may be even more effective than bedaquiline, including against emerging bedaquiline-resistant strains. Telacebec (T) is a novel cytochrome bc 1 :aa 3 oxidase inhibitor that also inhibits ATP synthesis. Based on its demonstrated efficacy as a monotherapy in mice and in a phase 2a clinical trial, we used an established BALB/c mouse model of tuberculosis (TB) to test the contribution of T to novel combination therapies against two strains of M. tuberculosis (H37Rv and HN878) in an effort to find more effective regimens. Overall, T was more effective in regimens against the HN878 strain than against the H37Rv strain, a finding that supports the greater vulnerability of the former strain to T and to genetic depletion of QcrB. Against both strains, combinations of a DARQ, clofazimine (CFZ), and T were highly bactericidal. However, only against HN878 did T contribute synergistically, whereas an antagonistic effect was observed against H37Rv. These results demonstrate the therapeutic potential of T and highlight how differences in the susceptibility of M. tuberculosis strains could lead to different conclusions about a drug's potential contribution to novel drug regimens.

Telacebec (Q203) is a new anti-tubercular drug with extremely potent activity against Mycobacterium ulcerans. Here, we explored the treatment-shortening potential of Q203 alone or in combination with rifampin in a mouse footpad infection model. The first study compared Q203 at 5 and 10 mg/kg doses alone and with rifampin. Q203 alone rendered most mouse footpads culture-negative in 2 weeks. Combining Q203 with rifampin resulted in relapse-free cure 24 weeks after completing 2 weeks of treatment, compared to a 25% relapse rate in the rifampin-clarithromycin control group treated for 4 weeks. The second study explored the dose-ranging activity of Q203 alone and with RIF, including the extended activity of Q203 after treatment discontinuation. The bactericidal activity of Q203 persisted for ≥ 4 weeks beyond the last dose. All mice receiving just 1 week of Q203 at 2 and 10 mg/kg were culture-negative 4 weeks after stopping treatment. Mice receiving 2 weeks of Q203 at 0.5, 2 and 10 mg/kg were culture-negative 4 weeks after treatment. Rifampin did not increase the activity of Q203. A pharmacokinetics sub-study revealed that Q203 doses of 2-10 mg/kg in mice produce plasma concentrations similar to those produced by 100-300 mg doses in humans, with no adverse effect of rifampin on Q203 concentrations. These results indicate the extraordinary potential of Q203 to reduce the duration of treatment necessary for cure to ≤ 1 week (or 5 doses of 2-10 mg/kg) in our mouse footpad infection model and warrant further evaluation in clinical trials.

Abstract Since its conditional approval in 2012, bedaquiline (BDQ) has been a valuable tool for treatment of drug-resistant tuberculosis. More recently, a novel short-course regimen combining BDQ with pretomanid and linezolid won approval to treat highly drug-resistant tuberculosis. Clinical reports of emerging BDQ resistance have identified mutations in Rv0678 that de-repress the expression of the MmpL5/MmpS5 efflux transporter as the most common cause. Because the effect of these mutations on bacterial susceptibility to BDQ is relatively small (e.g., 2-8× MIC shift), increasing the BDQ dose would increase antibacterial activity but also pose potential safety concerns, including QTc prolongation. Substitution of BDQ with another diarylquinoline with superior potency and/or safety has the potential to overcome these limitations. TBAJ-587 has greater in vitro potency than BDQ, including against Rv0678 mutants, and may offer a larger safety margin. Using a mouse model of tuberculosis and different doses of BDQ and TBAJ-587, we found that against wild-type M. tuberculosis H37Rv and an isogenic Rv0678 mutant, TBAJ-587 has greater efficacy against both strains than BDQ, whether alone or in combination with pretomanid and either linezolid or moxifloxacin and pyrazinamide. TBAJ-587 also reduced the emergence of resistance to diarylquinolines and pretomanid.

Abstract Efforts to develop more effective and shorter-course therapies for tuberculosis have included a focus on host-directed therapy (HDT). The goal of HDT is to modulate the host response to infection, thereby improving immune defenses to reduce the duration of antibacterial therapy and/or the amount of lung damage. As a mediator of innate and adaptive immune responses involved in eliminating intracellular pathogens, autophagy is a potential target for HDT in tuberculosis. Because Mycobacterium tuberculosis modulates mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling to impede autophagy, pharmacologic mTOR inhibition could provide effective HDT. mTOR exists within two distinct multiprotein complexes, mTOR complex-1 (mTORC1) and mTOR complex-2 (mTORC2). Rapamycin and its analogs only partially inhibit mTORC1. We hypothesized that novel mTOR kinase inhibitors blocking both complexes would have expanded therapeutic potential. We compared the effects of two mTOR inhibitors: rapamycin and the orally available mTOR kinase domain inhibitor CC214-2, which blocks both mTORC1 and mTORC2, as adjunctive therapies against murine TB, when added to the first-line regimen (RHZE) or the novel bedaquiline-pretomanid-linezolid (BPaL) regimen. Neither mTOR inhibitor affected lung CFU counts after 4-8 weeks of treatment when combined with BPaL or RHZE. However, addition of CC214-2 to BPaL and RHZE was associated with significantly fewer relapses in C3HeB/FeJ compared to addition of rapamycin and, in RHZE-treated mice, resulted in fewer relapses compared to RHZE alone. Therefore, CC214-2 and related mTOR kinase inhibitors may be more effective candidates for HDT than rapamycin analogs and may have the potential to shorten the duration of TB treatment.

ABSTRACT Telacebec (Q203) is a new anti-tuberculosis drug in clinical development with extremely potent activity against Mycobacterium ulcerans , the causative agent of Buruli ulcer (BU). The potency of Q203 has prompted investigation of its potential role in ultra-short, even single-dose, treatment regimens for BU in mouse models. However, the relationships of Q203 dose and duration and host immune status to treatment outcomes remain unclear, as does the risk of emergence of drug resistance with Q203 monotherapy. In the present study, immunocompetent BALB/c and immunocompromised SCID-beige mice were infected in both hind footpads and treated eight weeks later. In both mouse strains, controls received rifampin-clarithromycin; others received Q203 at 0.5 or 2 mg/kg/d for 5 or 10 days. Additionally, BALB/c mice received a single dose of 2.5 or 10 mg/kg or 3.3 mg/kg/d for 3 days. Treatment response was based on changes in footpad swelling and CFU counts at the end of treatment as well as 4 and 13 weeks after stopping treatment. Efficacy depended on total dose more than duration. Total doses of 5-20 mg/kg rendered nearly all BALB/c mice culture-negative 13 weeks post-treatment without selection of Q203-resistant bacteria. Although less potent in SCID-beige mice, Q203 still rendered the majority of footpads culture-negative at total doses of 10-20 mg/kg. However, Q203 resistance was identified in relapse isolates from some SCID-beige mice. Overall, these results support the potential of Q203 monotherapy for single-dose or other ultra-short therapy for BU, although highly immunocompromised hosts may require higher doses or durations and/or combination therapy.

ABSTRACT The antimicrobial treatment of Mycobacterium ulcerans infection, or Buruli ulcer (BU), has a long duration and is therefore burdensome and linked to indirect costs for affected patients. The new antimycobacterial drug telacebec (Q203) has previously shown promising treatment-shortening potential in mouse models of BU. In the present study, we investigated the potential of Q203 to reduce the treatment duration further. The first experiment investigated the possibility of cure by one, three or five doses of Q203 (2 mg/kg) with or without a companion drug (bedaquiline, BDQ, clofazimine, CFZ, or clarithromycin, CLR) in immunocompetent BALB/c mice. The second experiment assessed the effect of five doses of Q203 with or without BDQ or CFZ on Mycobacterium ulcerans infection of immunocompromised SCID-beige mice with the aim to evaluate the contribution of host immunity to treatment efficacy. In BALB/c mice, a treatment duration as short as 3 days was sufficient to prevent relapse in nearly all footpads and a single dose of Q203 with or without BDQ or CFZ prevented relapse in approximately 50% of footpads. Unlike in BALB/c mice, a small percentage of SCID-beige mouse footpads were culture-positive after a treatment duration of five days, highlighting an important role of host immunity for M. ulcerans clearance. Our results confirm the marked potency and prolonged bactericidal and sterilizing effects of Q203, even in immunocompromised SCID-beige mice.