Cyclic GMP-AMP synthase is essential for innate immunity against infection and cellular damage, serving as a sensor of DNA from pathogens or mislocalized self-DNA. Upon binding double-stranded DNA, cyclic GMP-AMP synthase synthesizes a cyclic dinucleotide that initiates an inflammatory cellular response. Mouse studies that recapitulate causative mutations in the autoimmune disease Aicardi-Goutières syndrome demonstrate that ablating the cyclic GMP-AMP synthase gene abolishes the deleterious phenotype. Here, we report the discovery of a class of cyclic GMP-AMP synthase inhibitors identified by a high-throughput screen. These compounds possess defined structure-activity relationships and we present crystal structures of cyclic GMP-AMP synthase, double-stranded DNA, and inhibitors within the enzymatic active site. We find that a chemically improved member, RU.521, is active and selective in cellular assays of cyclic GMP-AMP synthase-mediated signaling and reduces constitutive expression of interferon in macrophages from a mouse model of Aicardi-Goutières syndrome. RU.521 will be useful toward understanding the biological roles of cyclic GMP-AMP synthase and can serve as a molecular scaffold for development of future autoimmune therapies.Upon DNA binding cyclic GMP-AMP synthase (cGAS) produces a cyclic dinucleotide, which leads to the upregulation of inflammatory genes. Here the authors develop small molecule cGAS inhibitors, functionally characterize them and present the inhibitor and DNA bound cGAS crystal structures, which will facilitate drug development.

Abstract Cyclic GMP-AMP synthase (cGAS) is the primary sensor for aberrant intracellular dsDNA producing the cyclic dinucleotide cGAMP, a second messenger initiating cytokine production in subsets of myeloid lineage cell types. Therefore, inhibition of the enzyme cGAS may act anti-inflammatory. Here we report the discovery of human-cGAS-specific small-molecule inhibitors by high-throughput screening and the targeted medicinal chemistry optimization for two molecular scaffolds. Lead compounds from one scaffold co-crystallize with human cGAS and occupy the ATP- and GTP-binding active site. The specificity and potency of these drug candidates is further documented in human myeloid cells including primary macrophages. These novel cGAS inhibitors with cell-based activity will serve as probes into cGAS-dependent innate immune pathways and warrant future pharmacological studies for treatment of cGAS-dependent inflammatory diseases.

The mimicry of host proteins by viruses contributes to their ability to suppress antiviral immunity and hijack host biosynthetic machinery 1 . Host adaptation to evade this exploitation depends on host protein functional redundancy 2 . Non-redundant, essential host proteins have limited potential to adapt without severe consequences 3 . Histones, which are essential for genome architecture and control of gene expression, are among the most evolutionary conserved proteins 4 . Here we show that the capsid protein of the flavivirus yellow fever virus (YFV), mimics histone H4 and interferes with chromatin gene regulation by BRD4, a bromodomain and extraterminal domain (BET) protein. Two acetyl-lysine residues of YFV capsid are embedded in a histone-like motif that interacts with the BRD4 bromodomain, affecting gene expression and influencing YFV replication. These findings reveal histone mimicry as a strategy employed by an RNA virus that replicates in the cytosol 5 and define convergent and distinct molecular determinants for motif recognition of the viral mimic versus histone H4.

The MUSASHI family of RNA binding proteins (MSI1 and MSI2) contribute to a wide spectrum of cancers including acute myeloid leukemia. We found that the small molecule Ro 08-2750 (Ro) directly binds to MSI2 and competes for its RNA binding in biochemical assays. Ro treatment in mouse and human myeloid leukemia cells resulted in an increase in differentiation and apoptosis, inhibition of known MSI-targets, and a shared global gene expression signature similar to shRNA depletion of MSI2. Ro demonstrated in vivo inhibition of c-MYC and reduced disease burden in a murine AML leukemia model. Thus, we have identified a small molecule that targets MSI's oncogenic activity. Our study provides a framework for targeting RNA binding proteins in cancer.

ABSTRACT Thioesterase superfamily member 1 (Them1; synonyms Acyl-CoA thioesterase 11 (Acot11) and steroidogenic acute regulatory protein-related lipid transfer (START) domain 14 (StarD14) is a long chain acyl-CoA thioesterase comprising two N-terminal hot-dog fold enzymatic domains linked to a C-terminal lipid-sensing START domain, which allosterically modulates enzymatic activity. Them1 is highly expressed in thermogenic adipose tissue, where it functions to suppress energy expenditure by limiting rates of fatty acid oxidation. Its expression is also induced markedly in liver in response to high fat feedings, where it suppresses fatty acid oxidation and promotes hepatic glucose production. Mice lacking the gene ( Them1 -/- ) are protected against diet-induced non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD), suggesting Them1 as a therapeutic target. The current study was designed to develop small molecule inhibitors of Them1 and to establish their activities in vitro and in cell culture. High-throughput screening combined with counter screening assays were leveraged to identify two lead allosteric inhibitors that selectively inhibited Them1 by binding the START domain. In primary mouse brown adipocytes, these inhibitors promoted fatty acid oxidation, as evidence by increased rates of oxygen consumption. In primary mouse hepatocytes, they similarly promoted fatty acid oxidation, but also reduced glucose production. Optimized Them1 inhibitors could provide an attractive modality for the pharmacologic management of NAFLD and obesity-associated metabolic disorders.