To discover dual inhibitors of 5-lipoxygenase (LO) and cyclooxygenase (CO) with improved pharmacokinetic properties, we have designed and synthesized series of 1,2,4-triazole, 1,3,4-oxadiazole, and 1,3,4-thiadiazole di-tert-butylphenol derivatives which exhibit a wide range of log P (2.3 to > 4) and pKa (5.5-12) values. From this work 5-[3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl]-1,3,4-thiadiazole-2(3H)- thione, choline salt (12a, CI-986) was found to be a potent inhibitor of 5-LO (IC50 = 2.8 microM) and CO (IC50 = 0.8 microM), orally active in rat models of inflammation and nonulcerogenic.

Structure-guided design was used to generate a series of noncovalent inhibitors with nanomolar potency against the papain-like protease (PLpro) from the SARS coronavirus (CoV). A number of inhibitors exhibit antiviral activity against SARS-CoV infected Vero E6 cells and broadened specificity toward the homologous PLP2 enzyme from the human coronavirus NL63. Selectivity and cytotoxicity studies established a more than 100-fold preference for the coronaviral enzyme over homologous human deubiquitinating enzymes (DUBs), and no significant cytotoxicity in Vero E6 and HEK293 cell lines is observed. X-ray structural analyses of inhibitor-bound crystal structures revealed subtle differences between binding modes of the initial benzodioxolane lead (15g) and the most potent analogues 3k and 3j, featuring a monofluoro substitution at para and meta positions of the benzyl ring, respectively. Finally, the less lipophilic bis(amide) 3e and methoxypyridine 5c exhibit significantly improved metabolic stability and are viable candidates for advancing to in vivo studies.

We recently reported the development of a novel inhibitor of Rho-mediated gene transcription (1, CCG-203971) that is efficacious in multiple animal models of acute fibrosis, including scleroderma, when given intraperitoneally. The modest in vivo potency and poor pharmacokinetics (PK) of this lead, however, make it unsuitable for long term efficacy studies. We therefore undertook a systematic medicinal chemistry effort to improve both the metabolic stability and the solubility of 1, resulting in the identification of two analogs achieving over 10-fold increases in plasma exposures in mice. We subsequently showed that one of these analogs (8f, CCG-232601) could inhibit the development of bleomycin-induced dermal fibrosis in mice when administered orally at 50 mg/kg, an effect that was comparable to what we had observed earlier with 1 at a 4-fold higher IP dose.

ABSTRACT Incomplete penetrance, or absence of disease phenotype in an individual with a disease-associated variant, is a major challenge in variant interpretation. Studying individuals with apparent incomplete penetrance can shed light on underlying drivers of altered phenotype penetrance. Here, we investigate clinically relevant variants from ClinVar in 807,162 individuals from the Genome Aggregation Database (gnomAD), demonstrating improved representation in gnomAD version 4. We then conduct a comprehensive case-by-case assessment of 734 predicted loss of function variants (pLoF) in 77 genes associated with severe, early-onset, highly penetrant haploinsufficient disease. We identified explanations for the presumed lack of disease manifestation in 701 of the variants (95%). Individuals with unexplained lack of disease manifestation in this set of disorders rarely occur, underscoring the need and power of deep case-by-case assessment presented here to minimize false assignments of disease risk, particularly in unaffected individuals with higher rates of secondary properties that result in rescue.

Purpose:To identify genetic etiologies and genotype/phenotype associations for unsolved ocular congenital cranial dysinnervation disorders (oCCDDs). Methods:We coupled phenotyping with exome or genome sequencing of 467 probands (550 affected and 1108 total individuals) with genetically unsolved oCCDDs, integrating analyses of pedigrees, human and animal model phenotypes, and de novo variants to identify rare candidate single nucleotide variants, insertion/deletions, and structural variants disrupting protein-coding regions.Prioritized variants were classified for pathogenicity and evaluated for genotype/phenotype correlations. Results:Analyses elucidated phenotypic subgroups, identified pathogenic/likely pathogenic variant(s) in 43/467 probands (9.2%), and prioritized variants of uncertain significance in 70/467 additional probands (15.0%).These included known and novel variants in established oCCDD genes, genes associated with syndromes that sometimes include oCCDDs (e.g., MYH10, KIF21B, TGFBR2, TUBB6), genes that fit the syndromic component of the phenotype but had no prior oCCDD association (e.g., CDK13, TGFB2), genes with no reported association with oCCDDs or the syndromic phenotypes (e.g., TUBA4A, KIF5C, CTNNA1, KLB, FGF21), and genes associated with oCCDD phenocopies that had resulted in misdiagnoses. Conclusion:This study suggests that unsolved oCCDDs are clinically and genetically heterogeneous disorders often overlapping other Mendelian conditions and nominates many candidates for future replication and functional studies.

Missense variants can have a range of functional impacts depending on factors such as the specific amino acid substitution and location within the gene. To interpret their deleteriousness, studies have sought to identify regions within genes that are specifically intolerant of missense variation. Here, we leverage the patterns of rare missense variation in 125,748 individuals in the Genome Aggregation Database (gnomAD) against a null mutational model to identify transcripts that display regional differences in missense constraint. Missense-depleted regions are enriched for ClinVar pathogenic variants, de novo missense variants from individuals with neurodevelopmental disorders (NDDs), and complex trait heritability. Following ClinGen calibration recommendations for the ACMG/AMP guidelines, we establish that regions with less than 20% of their expected missense variation achieve moderate support for pathogenicity. We created a missense deleteriousness metric (MPC) that incorporates regional constraint and outperforms other deleteriousness scores at stratifying case and control de novo missense variation, with a strong enrichment in NDDs. These results provide additional tools to aid in missense variant interpretation.

Abstract Mycobacterium tuberculosis (Mtb) senses and adapts to host immune cues as part of its pathogenesis. One environmental cue sensed by Mtb is the acidic pH of its host niche in the macrophage phagosome. Disrupting the ability of Mtb to sense and adapt to acidic pH has the potential to reduce survival of Mtb in macrophages. Previously, a high throughput screen of a ∼220,000 compound small molecule library was conducted to discover chemical probes that inhibit Mtb growth at acidic pH. The screen discovered chemical probes that kill Mtb at pH 5.7 but are inactive at pH 7.0. In this study, AC2P20 was prioritized for continued study to test the hypothesis that it was targeting Mtb pathways associated with pH-driven adaptation. RNAseq transcriptional profiling studies showed AC2P20 modulates expression of genes associated with redox homeostasis. Gene enrichment analysis revealed that the AC2P20 transcriptional profile had significant overlap with a previously characterized pH-selective inhibitor, AC2P36. Like AC2P36, we show that AC2P20 kills Mtb by selectively depleting free thiols at acidic pH. Mass spectrometry studies show the formation of a disulfide bond between AC2P20 and reduced glutathione, supporting a mechanism where AC2P20 is able to deplete intracellular thiols and dysregulate redox homeostasis. The observation of two independent molecules targeting free thiols to kill Mtb at acidic pH further supports that Mtb has restricted redox homeostasis and sensitivity to thiol-oxidative stress at acidic pH.

Abstract Underrepresented populations are often excluded from genomic studies due in part to a lack of resources supporting their analyses. The 1000 Genomes Project (1kGP) and Human Genome Diversity Project (HGDP), which have recently been sequenced to high coverage, are valuable genomic resources because of the global diversity they capture and their open data sharing policies. Here, we harmonized a high quality set of 4,096 whole genomes from HGDP and 1kGP with data from gnomAD and identified over 159 million high-quality SNVs, indels, and SVs. We performed a detailed ancestry analysis of this cohort, characterizing population structure and patterns of admixture across populations, analyzing site frequency spectra, and measuring variant counts at global and subcontinental levels. We also demonstrate substantial added value from this dataset compared to the prior versions of the component resources, typically combined via liftover and variant intersection; for example, we catalog millions of new genetic variants, mostly rare, compared to previous releases. In addition to unrestricted individual-level public release, we provide detailed tutorials for conducting many of the most common quality control steps and analyses with these data in a scalable cloud-computing environment and publicly release this new phased joint callset for use as a haplotype resource in phasing and imputation pipelines. This jointly called reference panel will serve as a key resource to support research of diverse ancestry populations.

Abstract The depletion of disruptive variation caused by purifying natural selection (constraint) has been widely used to investigate protein-coding genes underlying human disorders, but attempts to assess constraint for non-protein-coding regions have proven more difficult. Here we aggregate, process, and release a dataset of 76,156 human genomes from the Genome Aggregation Database (gnomAD), the largest public open-access human genome reference dataset, and use this dataset to build a mutational constraint map for the whole genome. We present a refined mutational model that incorporates local sequence context and regional genomic features to detect depletions of variation across the genome. As expected, proteincoding sequences overall are under stronger constraint than non-coding regions. Within the non-coding genome, constrained regions are enriched for known regulatory elements and variants implicated in complex human diseases and traits, facilitating the triangulation of biological annotation, disease association, and natural selection to non-coding DNA analysis. More constrained regulatory elements tend to regulate more constrained protein-coding genes, while non-coding constraint captures additional functional information underrecognized by gene constraint metrics. We demonstrate that this genome-wide constraint map provides an effective approach for characterizing the non-coding genome and improving the identification and interpretation of functional human genetic variation.