There is an urgent need for new drugs to treat malaria, with broad therapeutic potential and novel modes of action, to widen the scope of treatment and to overcome emerging drug resistance. Here we describe the discovery of DDD107498, a compound with a potent and novel spectrum of antimalarial activity against multiple life-cycle stages of the Plasmodium parasite, with good pharmacokinetic properties and an acceptable safety profile. DDD107498 demonstrates potential to address a variety of clinical needs, including single-dose treatment, transmission blocking and chemoprotection. DDD107498 was developed from a screening programme against blood-stage malaria parasites; its molecular target has been identified as translation elongation factor 2 (eEF2), which is responsible for the GTP-dependent translocation of the ribosome along messenger RNA, and is essential for protein synthesis. This discovery of eEF2 as a viable antimalarial drug target opens up new possibilities for drug discovery.

Abstract Despite their widespread use, our understanding of how many antiparasitic drugs work remains limited. We used mass-spectrometry based cellular thermal shift assay (MS-CETSA) to identify possible protein targets of several malaria drugs and drug candidates. We found that falcilysin (FLN) is a common target for several quinoline drugs including chloroquine and mefloquine, as well as drug candidates MK-4815, MMV000848 and MMV665806. At pH 7.5, these compounds all inhibit FLN proteolytic activity with IC 50 values ranging from 1.6 to 67.9 µM. Their interaction with FLN was systematically probed by isothermal titration calorimetry and X-ray crystallography, revealing a shared hydrophobic pocket in the catalytic chamber of the enzyme. Characterization of transgenic cell lines with depleted FLN expression demonstrated statistically significant increases in susceptibility towards chloroquine, mefloquine, MK-4815 and MMV000848. Taken together, our findings point to a multimodal mechanism of action for several commonly used anti-malaria drugs. Importantly, a common allosteric pocket of FLN appears amenable to inhibition, providing a structural basis to guide the development of novel drugs against malaria.

ABSTRACT To combat the global burden of malaria, development of new drugs to replace or complement current therapies are urgently required. As drug resistance to existing treatments and clinical failures continue to rise, compounds targeting multiple life cycle stages and species need to be developed as a high priority. Here we show that the compound MMV1557817 is a nanomolar inhibitor of both Plasmodium falciparum and Plasmodium vivax aminopeptidases M1 and M17, leading to inhibition of end stage haemoglobin digestion in asexual parasites. Multi-stage analysis confirmed that MMV1557817 can also kill sexual stage P. falciparum , while cross-resistance studies confirmed the compound targets a mechanism of action distinct to current drug resistance mechanisms. Analysis of cross reactivity to homologous human enzymes shows the compound exhibits a high level of selectivity, whilst safety as well as druggability was confirmed in the murine model P. berghei . MMV1557817- resistant P. falciparum parasites displayed only low-level resistance (<3-fold) and exhibited a slow growth rate that was quickly outcompeted by wild type parasites. MMV1557817- resistant parasites digest significantly more haemoglobin and possess a mutation in Pf A-M17 that induces partial destabilisation of the Pf A-M17 homohexamer, resulting in high-level resistance to specific Pf A-M17 inhibition, but enhanced sensitivity to specific Pf A-M1 inhibition, and importantly, these parasites were highly sensitive to artemisinin. Overall, these results confirm MMV1557817 as a potential lead compound for further drug development and highlight the potential of dual inhibition of M1 and M17 as an effective multi-species drug targeting strategy.

Abstract The malaria parasite Plasmodium vivax remains a major global public health challenge, causing major morbidity across tropical and subtropical regions. Several candidate vaccines are in preclinical and clinical trials, however no vaccine against P. vivax malaria is approved for use in humans. Here we assessed whether P. vivax strain-transcendent immunity can be achieved by repeated infection in Aotus monkeys. For this purpose, we repeatedly infected six animals with blood stages of the P. vivax Salvador 1 (SAL-1) strain until sterile immune, and then challenged with the AMRU-1 strain. Sterile immunity was achieved in 4/4 Aotus monkeys after two homologous infections with the SAL-1 strain, while partial protection against a heterologous AMRU-1 challenge (i.e., delay to infection and reduction in peak parasitemia compared to control) was achieved in 3/3 monkeys. IgG levels based on P. vivax lysate ELISA and protein microarray increased with repeated infections and correlated with the level of homologous protection. Analysis of parasite transcriptional profiles across inoculation levels provided no evidence of major antigenic switching upon homologous or heterologous challenge. In contrast, we observed significant transcriptional differences in the P. vivax core gene repertoire between SAL-1 and AMRU-1. Together with the strain-specific genetic diversity between SAL-1 and AMRU-1 these data suggest that the partial protection upon heterologous challenge is due to molecular differences between strains (at genome and transcriptome level) rather than immune evasion by antigenic switching. Our study demonstrates that sterile immunity against P. vivax can be achieved by repeated homologous blood stage infection in Aotus monkeys, thus providing a benchmark to test the efficacy of candidate blood stage P. vivax malaria vaccines. Author summary Plasmodium vi vax is the most widespread human malaria parasite. Elimination efforts are complicated due to the peculiar biology of P. vivax including dormant liver forms, cryptic reservoirs in bone marrow and spleen and a large asymptomatic infectious reservoir in affected populations. Currently there is no vaccine against malaria caused by P. viv ax. Here we induce sterile immunity by repeated P. vivax infection with the SAL-1 strain in non-human primates. In contrast, heterologous challenge with the AMRU-1 strain only provided partial protection. Antibody levels against a crude antigen and a protein microarray correlated with the level of homologous protection. Parasite transcriptional profiles across inoculation levels failed to show major antigenic switching across SAL-1 infections or upon heterologous challenge, instead suggesting other mechanisms of immune evasion. Our study demonstrates that sterile immunity against P. vivax can be achieved by repeated blood stage infection in Aotus monkeys, thus providing a benchmark to test the efficacy of candidate blood stage P. vivax malaria vaccines.