Abstract Missense mutations that give rise to protein misfolding are rare, but collectively, defective protein folding diseases are consequential. Folding deficiencies are amenable to pharmacological correction (pharmacochaperoning), but the underlying mechanisms remain enigmatic. Ibogaine and its active metabolite noribogaine correct folding defects in the dopamine transporter (DAT), but they rescue only a very limited number of folding-deficient DAT mutants, which give rise to infantile Parkinsonism and dystonia. Herein, a series of analogs was generated by reconfiguring the complex ibogaine ring system and exploring the structural requirements for binding to wild type transporters, and for rescuing two equivalent synthetic folding-deficient mutants, SERT-PG 601,602 AA and DAT-PG 584,585 AA. The most active tropane-based analog ( 9b ) was also an effective pharmacochaperone in vivo , in Drosophila harboring DAT-PG 584,585 AA and rescued six out of 13 disease-associated human DAT mutants in vitro. Hence, a novel lead pharmacochaperone has been identified that demonstrates medication development potential for patients harboring DAT mutants.

Abstract The serotonin transporter (SERT/SLC6A4) is arguably the most extensively studied solute carrier (SLC). During its eponymous action - i.e., the retrieval of serotonin from the extracellular space - SERT undergoes a conformational cycle. Typical inhibitors (antidepressant drugs and cocaine), partial and full substrates (amphetamines and their derivatives) and atypical inhibitors (ibogaine analogues) bind preferentially to different states in this cycle. This results in competitive or non-competitive transport inhibition. Here, we explored the action of N-formyl-1,3-bis (3,4-methylenedioxyphenyl)-prop-2-yl-amine (ECSI#6) on SERT: inhibition of serotonin uptake by ECSI#6 was enhanced with increasing serotonin concentration. Conversely, the K M for serotonin was lowered by augmenting ECSI#6. ECSI#6 bound with low affinity to the outward-facing state of SERT but with increased affinity to a potassium-bound state. Electrophysiological recordings showed that ECSI#6 preferentially interacted with the inward-facing state. Kinetic modeling recapitulated the experimental data and verified that uncompetitive inhibition arose from preferential binding of ECSI#6 to the K + -bound, inward-facing conformation of SERT. This binding mode predicted a pharmacochaperoning action of ECSI#6, which was confirmed by examining its effect on the folding-deficient mutant SERT-PG 601,602 AA: pre-incubation of HEK293 cells with ECSI#6 restored export of SERT-PG 601,602 AA from the endoplasmic reticulum and substrate transport. Similarly, in transgenic flies, administration of ECSI#6 promoted delivery of SERT-PG 601,602 AA to the presynaptic specialization of serotonergic neurons. To the best of our knowledge, ECSI#6 is the first example of an uncompetitive SLC inhibitor. Pharmacochaperones endowed with the binding mode of ECSI#6 are attractive, because they can rescue misfolded transporters at concentrations, which cause modest transport inhibition.