Mechanism of synergic interaction of Syk inhibitors on antimalarial artemisinin activity

Abstract

The primary objective of malaria treatment is to eradicate the disease, which involves rapid and complete elimination of the Plasmodium parasite from the patients’ blood. Artemisinin combination therapies (ACTs) are the mainstay of recommended treatment for P. falciparum malaria and as no alternatives to artemisinin derivatives are expected to enter the market for several years, their efficacy must be preserved. Unfortunately, the resistance to ACTs, is a major thread for the control and elimination of malaria due to P. falciparum. The need for new antimalarial drugs is more urgent than ever before, with emerging strains of the parasite now showing resistance against the best available drugs. Recently it has been demonstrated that Syk inhibitors represent a new class of antimalarial drugs which suppress merozoite egress by inhibiting the host target, a factor that cannot be mutated by the parasite to evolve drug resistance. In this study, our aim is to evaluate the in vitro combination activity of Syk inhibitors with artemisinins and understand their mechanistic interaction. The results showed a high synergistic combination activity between all tested Syk inhibitors with artemisinins against P. falciparum. The combination index analysis indicated the following Syk inhibitors as the most synergistic with Artemisinins: P505-15, R406 and Imatinib. Furthermore, we observed that Syk inhibitors produce a massive accumulation of hemichromes in the parasitized erythrocytes, this in turn triggers the activation of artemisinins and causes a marked synergistic effect when administered in combination. The synergic effect of Syk inhibitors is based on a novel mechanism of action acting selectively on the parasitized erythrocytes which allows the artemisinins to be activated quicker and more efficiently. The concentrations of Syk inhibitors needed to synergize artemisinins is 5-20 fold lower than the IC50 measured as a direct effect on parasite growth. These concentrations correspond to very well tolerated dosages and can be rapidly reached after oral administration. In conclusion, our results potentially suggest Syk inhibitors as astrategic class of partner drugs for a new ACT.

Ο πρωταρχικός στόχος της θεραπείας της ελονοσίας είναι η εξάλειψη της νόσου, η οποία περιλαμβάνει ταχεία και πλήρη εξάλειψη του παρασίτου Plasmodium από το αίμα των ασθενών. Συνδυαστικές θεραπείες με βάση την αρτεμισινίνη (ACTs) είναι ο κύριος πυλώνας της συνιστώμενης θεραπείας για την ελονοσία καθώς δεν υπάρχουν εναλλακτικές λύσεις. Δυστυχώς, η ανθεκτικότητα στα ACTs, αποτελεί ένα σημαντικό πρόβλημα για τον έλεγχο και την εξάλειψη της ελονοσίας που οφείλεται στο παράσιτο P. falciparum. Η ανάγκη για νέα φάρμακα κατά της ελονοσίας είναι πιο επείγουσα όσο ποτέ άλλοτε, με τα αναδυόμενα στελέχη του παρασίτου να εμφανίζουν πλέον ανθεκτικότητα έναντι των καλύτερων διαθέσιμων ανθελονοσιακών φαρμάκων. Πρόσφατα αποδείχθηκε ότι οι αναστολείς της πρωτεΐνης Syk αποτελούν μια νέα κατηγορία ανθελονοσιακών φαρμάκων που καταστέλλουν την έξοδο των μεροζωιτών από το ερυθροκύτταρο, στοχεύοντας σε αυτό. Στην παρούσα μελέτη, σκοπός μας είναι η αξιολόγηση της in vitro συνδυαστικής δράσης των αναστολέων Syk με τις αρτεμισινίνες και να κατανοήσουμε τη μηχανιστική τους αλληλεπίδραση. Τα αποτελέσματα έδειξαν υψηλή συνεργιστική δράση μεταξύ όλων των δοκιμασμένων Syk αναστολέων με αρτεμισινίνες κατά του P. falciparum. Η ανάλυση του δείκτη συνδυασμού έδειξε τους ακόλουθους αναστολείς Syk ως τους πιο συνεργιστικούς με τις αρτεμισινίνες: P505-15, R406 και Imatinib. Επιπλέον, παρατηρήσαμε ότι οι αναστολείς Syk παράγουν μαζική συσσώρευση hemichromes στα μολυσμένα ερυθροκύτταρα, αυτό με τη σειρά του πυροδοτεί την ενεργοποίηση των αρτεμισινών και προκαλεί έντονο συνεργιστικό αποτέλεσμα όταν χορηγούνται σε συνδυασμό. Η συνεργική δράση των αναστολέων Syk βασίζεται σε έναν νέο μηχανισμό δράσης που δρα επιλεκτικά στα μολυσμένα ερυθροκύτταρα και επιτρέπει την ταχύτερη και αποτελεσματικότερη ενεργοποίηση των αρτεμισινών. Οι συγκεντρώσεις των αναστολέων Syk που απαιτούνται για τη συνεργική δράση των αρτεμισινών είναι 5-20 φορές χαμηλότερες από την μέσ συγκέντρωση IC50 που μετράται ως την άμεση επίδραση στην ανάπτυξη των παρασίτων. Οι συγκεντρώσεις αυτές αντιστοιχούν σε πολύ καλά ανεκτές δόσεις και μπορούν να επιτευχθούν γρήγορα μετά από χορήγηση από το στόμα. Συµπερασµατικά, τα αποτελέσµατά µας προτείνουν δυνητικά τους αναστολείς Syk ως µια στρατηγική κατηγορία φαρµάκων-συνεργατών για µια νέα ACT.