Abstract With the advent of resistance to existing treatments, new drugs are needed to combat apicomplexan parasites such as the causative agents of malaria ( Plasmodium species) and toxoplasmosis ( Toxoplasma gondii ). To identify new inhibitors of the mitochondrial electron transport chain (ETC) in these parasites, we developed a Seahorse XFe96 flux analyzer approach to screen compounds from the Medicines for Malaria Venture ‘Pathogen Box’ for ETC inhibition. We identified six chemically diverse, on-target inhibitors of the ETC of T. gondii , five of which also target the ETC of Plasmodium falciparum . Two of the identified compounds (MMV024937 and MMV688853) represent novel ETC inhibitor chemotypes. We pinpoint the molecular targets of these inhibitors, demonstrating that all target ETC Complex III, with MMV688853 additionally targeting a kinase with a key role in parasite invasion of host cells. Most of the compounds remain effective inhibitors of parasites that are resistant to the clinically used Complex III inhibitor atovaquone. In sum, we have developed a versatile screening approach to identify and characterize new inhibitors of the ETC in apicomplexan parasites.

Succinate dehydrogenase (SDH) is a protein complex that functions in the tricarboxylic acid cycle and the electron transport chain of mitochondria. In most eukaryotes, SDH is highly conserved and comprises the following four subunits: SdhA and SdhB form the catalytic core of the complex, while SdhC and SdhD anchor the complex in the membrane. Toxoplasma gondii is an apicomplexan parasite that infects one-third of humans worldwide. The genome of T. gondii encodes homologues of the catalytic subunits SdhA and SdhB, although the physiological role of the SDH complex in the parasite and the identity of the membrane-anchoring subunits are poorly understood. Here, we show that the SDH complex contributes to optimal proliferation and O 2 consumption in the disease-causing tachyzoite stage of the T. gondii life cycle. We characterize a small membrane-bound subunit of the SDH complex called mitochondrial protein ookinete developmental defect (MPODD), which is conserved among myzozoans, a phylogenetic grouping that incorporates apicomplexan parasites and their closest free-living relatives. We demonstrate that Tg MPODD is essential for SDH activity and plays a key role in attaching the Tg SdhA and Tg SdhB proteins to the membrane anchor of the complex. Our findings highlight a unique and important feature of mitochondrial energy metabolism in apicomplexan parasites and their relatives.

The superior productivity of C4 plants is achieved via a metabolic C4 cycle which acts as a COC2 pump across mesophyll and bundle sheath (BS) cells and requires an additional input of energy in the form of ATP. Chloroplast NADH dehydrogenase-like complex (NDH) increases ATP production in C3 plants by operating cyclic electron flow (CEF) around Photosystem I (PSI), and its importance for C4 photosynthesis has been proposed from evolutionary and reverse genetics studies. We used the gene-edited C4 species Setaria viridis with null ndhO alleles lacking NDH to study a contribution of the complex to the cell-level electron transport. Our results indicate that NDH is the primary PSI electron acceptor mediating the majority of CEF in BS cells whilst the contribution of the complex to CEF in mesophyll cells is minimal. Moreover, the reduced leaf COC2 assimilation rate and growth of plants lacking the complex cannot be rescued by supplying additional COC2, indicating that NDH is essential for generating ATP required for COC2 fixation by the C3 cycle. Hereby we resolve a cell-level mechanism for the contribution of NDH to supporting high COC2 assimilation rates in C4 photosynthesis.

Abstract The mitochondrion is critical for the survival of apicomplexan parasites. Several major anti-parasitic drugs, such as atovaquone and endochin-like quinolones, act through inhibition of the mitochondrial electron transport chain at the coenzyme Q:cytochrome c oxidoreductase complex (Complex III). Despite being an important drug target, the protein composition of Complex III of apicomplexan parasites has not been elucidated. Here, we undertake a mass spectrometry-based proteomic analysis of Complex III in the apicomplexan Toxoplasma gondii . Along with canonical subunits that are conserved across eukaryotic evolution, we identify several novel or highly divergent Complex III components that are conserved within the apicomplexan lineage. We demonstrate that one such subunit, which we term Tg QCR11, is critical for parasite proliferation, mitochondrial oxygen consumption and Complex III activity, and establish that loss of this protein leads to defects in Complex III integrity. We conclude that the protein composition of Complex III in apicomplexans differs from that of the mammalian hosts that these parasites infect. Author summary Apicomplexan parasites cause numerous diseases in humans and animals, including malaria ( Plasmodium species) and toxoplasmosis ( Toxoplasma gondii ). The coenzyme Q:cytochrome c oxidoreductase protein complex (Complex III) performs a central role in the mitochondrial electron transport chain of many eukaryotes. Despite being the target of several major anti-apicomplexan drugs, the protein composition of Complex III in apicomplexans was previously unknown. Our work identifies novel proteins in Complex III of apicomplexans, one of which is critical for complex function and integrity. Our study highlights divergent features of Complex III in apicomplexans, and provides a broader understanding of Complex III evolution in eukaryotes. Our study also provides important insights into what sets this major drug target apart from the equivalent complex in host species.