Abstract Plasmodium falciparum, a causative agent of malaria, continues to remain a global health threat since these parasites have developed increasing resistance to all anti-malaria drugs used throughout the world. Accordingly, drugs with novel modes of action are desperately required to combat malaria. P. falciparum parasites infect human red blood cells where they digest the hosts main protein constituent, hemoglobin. Leucine aminopeptidase Pf A-M17 is one of several aminopeptidases that have been implicated in the last step of this digestive pathway. Here we utilize both reverse genetics and a compound specifically designed to inhibit the activity of Pf A-M17 to show that Pf A-M17 is essential for P. falciparum survival as it provides parasites with free amino acids for growth, many of which are highly likely to originate from hemoglobin. We further show that our inhibitor is on-target for Pf A-M17 and has the ability to kill parasites at nanomolar concentrations. Thus, in contrast to other hemoglobin-degrading proteases that have overlapping redundant functions, we validate Pf A-M17 as a potential novel drug target.

Abstract The novel coronavirus disease (COVID-19) and any future coronavirus outbreaks will require more affordable, effective and safe treatment options to complement current ones such as Paxlovid . Drug repurposing can be a promising approach if we are able to find a rapid, robust and reliable way to down-select and screen candidates using in silico and in vitro approaches. With repurposed drugs, ex vivo models could offer a rigorous route to human clinical trials with less time invested into nonclinical animal ( in vivo ) studies. We have previously shown the value of commercially available ex vivo/3D airway and alveolar tissue models, and this paper takes this further by developing and validating human nasal epithelial model and embryonic stem cells derived cardiomyocyte model. Five shortlisted candidates (fluvoxamine, everolimus, pyrimethamine, aprepitant and sirolimus) were successfully compared with three control drugs (remdesivir, molnupiravir, nirmatrelvir) when tested against key variants of the SARS-CoV-2 virus including Delta and Omicron, and we were able to reconfirm our earlier finding that fluvoxamine can induce antiviral efficacy in combination with other drugs. Scalability of this high-throughput screening approach has been demonstrated using a liquid handling robotic platform for future ‘Disease-X’ outbreaks.

Abstract Plasmodium falciparum causes the most lethal form of malaria. Peroxide antimalarials based on artemisinin underpin the frontline treatments for malaria, but artemisinin resistance is rapidly spreading. Synthetic peroxide antimalarials, known as ozonides, are in clinical development and offer a potential alternative. Here, we used chemoproteomics to investigate the protein alkylation targets of artemisinin and ozonide probes, including an analogue of the ozonide clinical candidate, artefenomel. We greatly expanded the list of protein targets for peroxide antimalarials and identified significant enrichment of redox-related proteins for both artemisinins and ozonides. Disrupted redox homeostasis was confirmed by dynamic live imaging of the glutathione redox potential using a genetically encoded redox-sensitive fluorescence-based biosensor. Targeted LC-MS-based thiol metabolomics also confirmed changes in cellular thiol levels. This work shows that peroxide antimalarials disproportionately alkylate proteins involved in redox homeostasis and that disrupted redox processes are involved in the mechanism of action of these important antimalarials. Importance The frontline treatments for malaria are combination therapies based on the peroxide antimalarial, artemisinin. Concerningly, artemisinin resistance has emerged in malaria-endemic regions, and now poses a major threat to malaria treatment and eradication efforts. New medicines are urgently required to replace the artemisinins, and some of the most advanced candidates are the fully synthetic peroxide antimalarials, OZ277 (arterolane) and OZ439 (artefenomel). The mechanism of action of peroxide antimalarials involves the reductive activation of the peroxide bond by intra-parasitic haem, but there is no consensus regarding the specific protein targets of the resulting radical species for artemisinins and/or the ozonides. This study provides a comprehensive and unbiased chemoproteomic profile of over 400 target proteins, and confirms the specific impact of peroxide antimalarials on redox metabolism. The key role of redox targets is particularly relevant considering that the mechanism of artemisinin resistance appears to involve modulation of peroxide activation and redox homeostasis.