TPI欠乏症の治療として変異体トリオースリン酸イソメラーゼ（TPI）を安定化する小分子の高コンテンツスクリーニングアッセイ

トリオースリン酸イソメラーゼ欠乏症（TPI DF）は、治療不可能な小児期発症糖溶解酵素症です。患者は通常、頻繁な感染症、貧血、および筋肉の脱力を呈し、それは促進された運動性としばしば呼吸補助を必要とする重度の神経腫瘍機能障害で急速に進行します。診断後の平均寿命は通常〜5年です。機能性タンパク質をコードする病原性変異がいくつかあります。ただし、「一般的な」TPIE105D変異に起因するタンパク質を含むこれらのタンパク質は、タンパク質品質コントロール（PQC）経路による活性分解のために不安定です。以前の研究では、遺伝的または薬理学的介入による変異体TPIレベルの上昇が、フルーツハエのTPI DFの症状を改善できることが示されています。変異体TPIのレベルを上げる化合物を特定するために、緑色蛍光タンパク質（HEK TPIE105D-GFP）と融合した一般的なTPI DFタンパク質を発現するヒト胚腎（HEK）安定ノックインモデルを開発しました。鉛TPI DF治療の必要性に直接対処するために、これらの細胞は、ハイスループットスクリーニング（HTS）のために実装され、3日間の変動性テストで検証され、HTS基準を満たしている光学薬物発見プラットフォームに開発されました。当初、このアッセイを使用して、446人の国立衛生研究所（NIH）臨床収集をスクリーニングし、少数の類似体との限られた構造活性関係研究、および患者のフィブロ芽細胞における直交の非光学アッセイにより、用量反応の2つのヒットを検証しました。このデータは、この壊滅的な小児病の治療としてTPIを安定させる化合物を発見するための大規模な表現型スクリーニング努力の基礎を形成します。

Triose phosphate isomerase deficiency (TPI Df) is an untreatable, childhood-onset glycolytic enzymopathy. Patients typically present with frequent infections, anemia, and muscle weakness that quickly progresses with severe neuromusclar dysfunction requiring aided mobility and often respiratory support. Life expectancy after diagnosis is typically ~5 years. There are several described pathogenic mutations that encode functional proteins; however, these proteins, which include the protein resulting from the "common" TPIE105D mutation, are unstable due to active degradation by protein quality control (PQC) pathways. Previous work has shown that elevating mutant TPI levels by genetic or pharmacological intervention can ameliorate symptoms of TPI Df in fruit flies. To identify compounds that increase levels of mutant TPI, we have developed a human embryonic kidney (HEK) stable knock-in model expressing the common TPI Df protein fused with green fluorescent protein (HEK TPIE105D-GFP). To directly address the need for lead TPI Df therapeutics, these cells were developed into an optical drug discovery platform that was implemented for high-throughput screening (HTS) and validated in 3-day variability tests, meeting HTS standards. We initially used this assay to screen the 446-member National Institutes of Health (NIH) Clinical Collection and validated two of the hits in dose-response, by limited structure-activity relationship studies with a small number of analogs, and in an orthogonal, non-optical assay in patient fibroblasts. The data form the basis for a large-scale phenotypic screening effort to discover compounds that stabilize TPI as treatments for this devastating childhood disease.