Chloroquine is an anti-malarial and immunosuppressant drug that has cationic amphipathic chemical properties. We performed genome-wide screens in human cells with chloroquine and several other widely used cationic amphipathic drugs (CADs) including the anti-depressants, sertraline (Zoloft) and fluoxetine (Prozac), the analgesic nortriptyline (Pamelor), the anti-arrhythmic amiodarone (Cordarone), and the anti-hypertensive verapamil (Calan) to characterize their molecular similarities and differences. Despite CADs having different disease indications but consistent with them sharing key chemical properties, we found CADs to have remarkably similar phenotypic profiles compared with non-CADs we and others have previously screened. The most significant genetic interaction for all CADs was the initiating step in sphingolipid biosynthesis catalyzed by serine palmitoyltransferase (SPT). A comparison of genome-wide screens performed with diverse pathogens from viruses, bacteria, plants, and parasites including Ebola, adeno-associated virus AAV2, HIV, Rotavirus, Influenza A, Zika virus, Picornavirus, Exotoxin A, Cholera toxin, Type III secretion system and Shiga toxin, Ricin toxin, and Toxoplasma gondii showed SPT as a top common host factor and 80% overlap overall in top hits specifically with CADs. Potential sphingolipid-mediated mechanisms for the host response- and virulence-modulating effects of CADs involve autophagy and SERPINE1/PAI-1 (plasminogen activator inhibitor-1). Chloroquine has recently shown potential as an anti-viral agent for the novel coronavirus SARS-CoV-2, the causative agent of COVID-19 respiratory disease. Our study demonstrates that numerous readily available drugs molecularly function highly similar to chloroquine, which suggests they might be considered for further pre-clinical investigation in the context of SARS-CoV-2. More generally, our work suggests the diverse pathogen mitigating potential of drugs that inhibit host sphingolipid biosynthesis such as CADs.### Competing Interest StatementThe corresponding author, Timothy R Peterson, is the founder of Bio-I/O, a St. Louis-based biotech company specializing in drug target identification. Bio-I/O is the recipient of NIH/NIDDK funding (R42 DK121652), which is focused on different drugs than those studied herein, but is still in the space of drug target ID.

Nitrogen-containing bisphosphonates (N-BPs), such as alendronate, are the most widely prescribed medications for diseases involving bone, with nearly 200 million prescriptions written annually. Recently, widespread use of N-BPs has been challenged due to the risk of rare but traumatic side effects such as atypical femoral fracture (AFFs) and osteonecrosis of the jaw (ONJ). N-BPs bind to and inhibit farnesyl diphosphate synthase (FDPS), resulting in defects in protein prenylation. Yet it remains poorly understood what other cellular factors might allow N-BPs to exert their pharmacological effects. Here, we performed genome-wide studies in cells and patients to identify the poorly characterized gene, ATRAID . Loss of ATRAID function results in selective resistance to N-BP-mediated loss of cell viability and the prevention of alendronate-mediated inhibition of prenylation. ATRAID is required for alendronate inhibition of osteoclast function, and ATRAID -deficient mice have impaired therapeutic responses to alendronate in both postmenopausal and senile (old age) osteoporosis models. Lastly, we performed exome sequencing on patients taking N-BPs that suffered ONJ or an AFF. ATRAID is one of three genes that contain rare non-synonymous coding variants in patients with ONJ or AFF that is also differentially expressed in poor outcome groups of patients treated with N-BPs. We functionally validated this patient variation in ATRAID as conferring cellular hypersensitivity to N-BPs. Our work adds key insight into the mechanistic action of N-BPs and the processes that might underlie differential responsiveness to N-BPs in people.One Sentence Summary ATRAID is essential for responses to the commonly prescribed osteoporosis drugs nitrogen-containing bisphosphonates.Overline BONE### Competing Interest StatementATRAID, SNTG1, EPHB1, and PLCL1, the genes identified here, are part of a Whitehead–Harvard patent on which T.R.P., T.R.B., and D.M.S. are inventors (US8748097B1).