Summary Drug repurposing is the only method capable of delivering treatments on the shortened time-scale required for patients afflicted with lung disease arising from SARS-CoV-2 infection. Mucin-1 (MUC1), a membrane-bound molecule expressed on the apical surfaces of most mucosal epithelial cells, is a biochemical marker whose elevated levels predict the development of acute lung injury (ALI) and respiratory distress syndrome (ARDS), and correlate with poor clinical outcomes. In response to the pandemic spread of SARS-CoV-2, we took advantage of a high content screen of 3,713 compounds at different stages of clinical development to identify FDA-approved compounds that reduce MUC1 protein abundance. Our screen identified Fostamatinib (R788), an inhibitor of spleen tyrosine kinase (SYK) approved for the treatment of chronic immune thrombocytopenia, as a repurposing candidate for the treatment of ALI. In vivo , Fostamatinib reduced MUC1 abundance in lung epithelial cells in a mouse model of ALI. In vitro , SYK inhibition by Fostamatinib promoted MUC1 removal from the cell surface. Our work reveals Fostamatinib as a repurposing drug candidate for ALI and provides the rationale for rapidly standing up clinical trials to test Fostamatinib efficacy in patients with COVID-19 lung injury.

Abstract Human iPSC-derived kidney organoids have the potential to revolutionize discovery, but assessing their consistency and reproducibility across iPSC lines, and reducing the generation of off-target cells remain an open challenge. Here, we used single cell RNA-Seq (scRNA-Seq) to profile 415,775 cells to show that organoid composition and development are comparable to human fetal and adult kidneys. Although cell classes were largely reproducible across iPSC lines, time points, protocols, and replicates, cell proportions were variable between different iPSC lines. Off-target cell proportions were the most variable. Prolonged in vitro culture did not alter cell types, but organoid transplantation under the mouse kidney capsule diminished off-target cells. Our work shows how scRNA-seq can help score organoids for reproducibility, faithfulness and quality, that kidney organoids derived from different iPSC lines are comparable surrogates for human kidney, and that transplantation enhances their formation by diminishing off-target cells.

A major challenge in drug discovery is gaining confidence in the human relevance of pre-clinical animal studies. While human iPSC-derived organoids offer exciting opportunities to address this, concerns about applicability and scalability remain. Here, we report a high-throughput organoid platform for assessment of kidney disease targeting compounds in a human system. We confirmed platform reproducibility by single cell RNA-Seq (scRNA-Seq) and derived a NanoString panel for efficient quality control (QC). Organoid transplantation in rats for 2 to 4 weeks promoted organoid maturation and vascularization. In functional studies, cyclosporine A (CsA) and GFB-887, a novel TRPC5 channel blocker, protected kidney organoids from injury. Pharmacodynamic studies with GFB-887 delivered orally to rats were also successfully performed in human transplanted organoids. These data show how human organoids can deliver confidence in taking development candidate compounds to the clinic, fulfilling their promise to revolutionize drug discovery.

Podocyte injury and the appearance of proteinuria are key features of several progressive kidney diseases. Genetic deletion or selective inhibition of TRPC5 channels with small-molecule inhibitors protects podocytes in rodent models of disease, but less is known about the human relevance and translatability of TRPC5 inhibition. Here, we investigate the effect of TRPC5 inhibition in puromycin aminonucleoside (PAN)-treated human iPSC-derived podocytes and kidney organoids. We first established that systemic administration of the TRPC5-specific blocker AC1903 was sufficient to protect podocyte cytoskeletal proteins and suppress proteinuria in PAN-induced nephrosis in rats, an established model of podocyte injury and progressive kidney disease. PAN treatment also triggered the Rac1-TRPC5 injury pathway in human iPSC-derived podocytes and kidney organoids. TRPC5 current was recorded in human iPSC-derived podocytes, and was blocked by AC1903. The TRPC5 blocker also reversed the effects of PAN-induced injury in human podocytes in both 2D and 3D culture systems. Taken together, these results revealed the relevance of the TRPC5-Rac1 pathway in human kidney tissue highlighting the potential of this therapeutic strategy for patients.