アフリカトリパノソーマの成長を阻害し、発生制御遺伝子の転写レベルに影響を与える臨床的に承認された低分子の同定

Identification of clinically approved small molecules that inhibit growth and affect transcript levels of developmentally regulated genes in the African trypanosome.

• Madison Elle Walsh
• Eleanor Mary Naudzius
• Savanah Jessica Diaz
• Theodore William Wismar
• Mikhail Martchenko Shilman
• Danae Schulz

抄録

トリパノソーマ・ブルセイは、サハラ以南のアフリカに固有の単細胞性寄生虫であり、ヒトや動物に致命的な病気を引き起こす。これらの寄生虫の感染はツェツェバエの媒介によって引き起こされ、感染した動物の血液中に細胞外に生息する寄生虫は、抗原性の変異によって宿主の免疫システムを回避します。既存のヒトおよび動物用アフリカトリパノソーマ症治療薬は、投与が難しく、重篤な副作用を引き起こす可能性があります。また、一部の薬剤に対する耐性も増加しており、トリパノソーマ症の代替治療薬の必要性が急務となっている。我々は、米国または外国で承認された 1,585 種類の薬剤のライブラリをスクリーニングし、トリパノソーマの増殖を阻害する 154 種類の化合物を同定した。これらの化合物はすべてヒトに対する毒性試験を実施済みであり、トリパノソーマ治療薬として再利用するのに適した候補となっています。トリパノソーマの増殖を阻害する薬剤の同定に加えて、私たちは、血流型の寄生虫を昆虫ベクターに適応した形に分化させることができる低分子の同定を目指していました。このような昆虫期の寄生虫は、血流型に見られる免疫回避機構を欠いており、宿主の免疫システムに対して脆弱である。プロサイクリンと呼ばれる不変の昆虫期特異的表面タンパク質のトランスクリプトレベルを増加させる薬剤を同定するために、我々は、プロサイクリンのトランスクリプトの誘導または安定化後に緑色蛍光タンパク質（GFP）を発現する血流レポーター寄生体を作製した。これらの血流レポーター株を自動フローサイトメトリーと組み合わせて用いたところ、プロサイクリン転写産物の発現量を増加させる低分子として、エフロルニチン、スピロノラクトン、フェノチアジンが同定された。エフロルニチンとスピロノラクトンはともに、分化に関連する遺伝子のサブセットのトランスクリプトレベルにも影響を与えた。我々は、細胞表面のプロサイクリンタンパク質のレベルを増加させる化合物を同定することはできなかったが、この研究は、これらの蛍光レポーター寄生虫が、ライフサイクルステージの移行期に寄生虫表面のリモデリングを開始する分子やプロセスを同定することを目的とした、将来の低分子または遺伝学的スクリーニングに有用なツールであることを証明するものである。

Trypanosoma brucei are unicellular parasites endemic to Sub-Saharan Africa that cause fatal disease in humans and animals. Infection with these parasites is caused by the bite of the tsetse fly vector, and parasites living extracellularly in the blood of infected animals evade the host immune system through antigenic variation. Existing drugs for Human and Animal African Trypanosomiasis are difficult to administer and can have serious side effects. Resistance to some drugs is also increasing, creating an urgent need for alternative trypanosomiasis therapeutics. We screened a library of 1,585 U.S. or foreign-approved drugs and identified 154 compounds that inhibit trypanosome growth. As all of these compounds have already undergone testing for human toxicity, they represent good candidates for repurposing as trypanosome therapeutics. In addition to identifying drugs that inhibit trypanosome growth, we wished to identify small molecules that can induce bloodstream form parasites to differentiate into forms adapted for the insect vector. These insect stage parasites lack the immune evasion mechanisms prevalent in bloodstream forms, making them vulnerable to the host immune system. To identify drugs that increase transcript levels of an invariant, insect-stage specific surface protein called procyclin, we engineered bloodstream reporter parasites that express Green Fluorescent Protein (GFP) following induction or stabilization of the procyclin transcript. Using these bloodstream reporter strains in combination with automated flow cytometry, we identified eflornithine, spironolactone, and phenothiazine as small molecules that increase abundance of procyclin transcript. Both eflornithine and spironolactone also affect transcript levels for a subset of differentiation associated genes. While we failed to identify compounds that increase levels of procyclin protein on the cell surface, this study is proof of principle that these fluorescent reporter parasites represent a useful tool for future small molecule or genetic screens aimed at identifying molecules or processes that initiate remodeling of the parasite surface during life cycle stage transitions.