Abstract Drug resistance and a dire lack of transmission-blocking antimalarials hamper malaria elimination. Here, we present the pantothenamide MMV693183 as a first-in-class acetyl-CoA synthetase (ACS) inhibitor to enter preclinical development. Our studies demonstrated attractive drug-like properties and in vivo efficacy in a humanized mouse model of Plasmodium falciparum infection. The compound showed exceptional in vitro activity against P. falciparum and P. vivax clinical isolates, and potently blocked P. falciparum transmission to Anopheles mosquitoes. Genetic and biochemical studies identified ACS as the target of the MMV693183-derived antimetabolite, CoA-MMV693183. MMV693183 was well adsorbed after oral administration in mice, rats and dogs. Pharmacokinetic – pharmacodynamic modelling predicted that a single 30 mg oral dose is sufficient to cure a malaria infection in humans. In conclusion, the ACS-targeting compound MMV693183 represents a promising addition to the portfolio of antimalarials in (pre)clinical development with a novel mode of action for the treatment of malaria and blocking transmission.

ABSTRACT Formation of gametes in the malaria parasite occurs in the midgut of the mosquito and is critical to onward parasite transmission. Transformation of the male gametocyte into microgametes, called microgametogenesis, is an explosive cellular event and one of the fastest eukaryotic DNA replication events known. The transformation of one microgametocyte into eight flagellated microgametes requires reorganisation of the parasite cytoskeleton, replication of the 22.9 Mb genome, axoneme formation and host erythrocyte egress, all of which occur simultaneously in <20 minutes. Whilst high-resolution imaging has been a powerful tool for defining stages of microgametogenesis, it has largely been limited to fixed parasite samples, given the speed of the process and parasite photosensitivity. Here, we have developed a live-cell fluorescence imaging workflow that captures the explosive dynamics of microgametogenesis in full. Using the most virulent human malaria parasite, Plasmodium falciparum , our live-cell approach combines three-dimensional imaging through time (4D imaging) and covers early microgametocyte development through to microgamete release. Combining live-cell stains for DNA, tubulin and the host erythrocyte membrane, 4D imaging enables definition of the positioning of newly replicated and segregated DNA. It also shows the microtubular cytoskeleton, location of newly formed basal bodies and elongation of axonemes, as well as behaviour of the erythrocyte membrane, including its specific perforation prior to microgamete egress. 4D imaging was additionally undertaken in the presence of known transmission-blocking inhibitors and the untested proteasomal inhibitor bortezomib. Here, for the first time we find that bortezomib inhibition results in a clear block of DNA replication, full axoneme nucleation and elongation. These data not only define a framework for understanding microgametogenesis in general but also suggest that the process is critically dependent on proteasomal activity, helping to identify potentially novel targets for transmission-blocking antimalarial drug development.

Abstract Current malaria treatments are threatened by drug resistance and new drugs are urgently needed. In a phenotypic screen for new antimalarials, we identified ( S )-SW228703 (( S )-SW703), a tyrosine amide with asexual blood and liver stage activity and a fast-killing profile. Resistance to ( S )-SW703 is associated with mutations in Plasmodium falciparum cyclic amine resistance locus ( Pf CARL) and P. falciparum acetyl CoA transporter ( Pf ACT), similarly to several other compounds that share features such as fast activity and liver-stage activity. Compounds with these resistance mechanisms are thought to act in the ER, though their target(s) are unknown. The tyramine of ( S )-SW703 is shared with some reported Pf CARL-associated compounds; however, we observed that strict S-stereochemistry was required for activity of ( S )-SW703, suggesting differences in mechanism of action or binding mode. ( S )-SW703 provides a new chemical series with broad activity on multiple life-cycle stages and a fast-killing mechanism of action, available for lead optimization to generate new treatments for malaria.