scholarly journals Gene therapy targeting SARM1 blocks pathological axon degeneration in mice

2019 ◽  
Vol 216 (2) ◽  
pp. 294-303 ◽  
Author(s):  
Stefanie Geisler ◽  
Shay X. Huang ◽  
Amy Strickland ◽  
Ryan A. Doan ◽  
Daniel W. Summers ◽  
...  

Axonal degeneration (AxD) following nerve injury, chemotherapy, and in several neurological disorders is an active process driven by SARM1, an injury-activated NADase. Axons of SARM1-null mice exhibit greatly delayed AxD after transection and in models of neurological disease, suggesting that inhibiting SARM1 is a promising strategy to reduce pathological AxD. Unfortunately, no drugs exist to target SARM1. We, therefore, developed SARM1 dominant-negatives that potently block AxD in cellular models of axotomy and neuropathy. To assess efficacy in vivo, we used adeno-associated virus–mediated expression of the most potent SARM1 dominant-negative and nerve transection as a model of severe AxD. While axons of vehicle-treated mice degenerate rapidly, axons of mice expressing SARM1 dominant-negative can remain intact for >10 d after transection, similar to the protection observed in SARM1-null mice. We thus developed a novel in vivo gene therapeutic to block pathological axon degeneration by inhibiting SARM1, an approach that may be applied clinically to treat manifold neurodegenerative diseases characterized by axon loss.

2020 ◽  
Vol 27 (10) ◽  
pp. 2810-2827 ◽  
Author(s):  
Björn Friedhelm Vahsen ◽  
Vinicius Toledo Ribas ◽  
Jonas Sundermeyer ◽  
Alexander Boecker ◽  
Vivian Dambeck ◽  
...  

Abstract Axonal degeneration is a key and early pathological feature in traumatic and neurodegenerative disorders of the CNS. Following a focal lesion to axons, extended axonal disintegration by acute axonal degeneration (AAD) occurs within several hours. During AAD, the accumulation of autophagic proteins including Unc-51 like autophagy activating kinase 1 (ULK1) has been demonstrated, but its role is incompletely understood. Here, we study the effect of ULK1 inhibition in different models of lesion-induced axonal degeneration in vitro and in vivo. Overexpression of a dominant negative of ULK1 (ULK1.DN) in primary rat cortical neurons attenuates axotomy-induced AAD in vitro. Both ULK1.DN and the ULK1 inhibitor SBI-0206965 protect against AAD after rat optic nerve crush in vivo. ULK1.DN additionally attenuates long-term axonal degeneration after rat spinal cord injury in vivo. Mechanistically, ULK1.DN decreases autophagy and leads to an mTOR-mediated increase in translational proteins. Consistently, treatment with SBI-0206965 results in enhanced mTOR activation. ULK1.DN additionally modulates the differential splicing of the degeneration-associated genes Kif1b and Ddit3. These findings uncover ULK1 as an important mediator of axonal degeneration in vitro and in vivo, and elucidate its function in splicing, defining it as a putative therapeutic target.


Methods ◽  
2002 ◽  
Vol 28 (2) ◽  
pp. 248-252 ◽  
Author(s):  
Hideki Mochizuki ◽  
Masauki Miura ◽  
Takashi Shimada ◽  
Yoshikuni Mizuno

eLife ◽  
2021 ◽  
Vol 10 ◽  
Author(s):  
Andrea Loreto ◽  
Carlo Angeletti ◽  
Weixi Gu ◽  
Andrew Osborne ◽  
Bart Nieuwenhuis ◽  
...  

Axon loss underlies symptom onset and progression in many neurodegenerative disorders. Axon degeneration in injury and disease is promoted by activation of the nicotinamide adenine dinucleotide (NAD)-consuming enzyme SARM1. Here, we report a novel activator of SARM1, a metabolite of the pesticide and neurotoxin vacor. Removal of SARM1 completely rescues mouse neurons from vacor-induced neuron and axon death in vitro and in vivo. We present the crystal structure the Drosophila SARM1 regulatory domain complexed with this activator, the vacor metabolite VMN, which as the most potent activator yet know is likely to support drug development for human SARM1 and NMNAT2 disorders. This study indicates the mechanism of neurotoxicity and pesticide action by vacor, raises important questions about other pyridines in wider use today, provides important new tools for drug discovery, and demonstrates that removing SARM1 can robustly block programmed axon death induced by toxicity as well as genetic mutation.


2017 ◽  
Vol 216 (11) ◽  
pp. 3655-3675 ◽  
Author(s):  
Konstantin Feinberg ◽  
Adelaida Kolaj ◽  
Chen Wu ◽  
Natalie Grinshtein ◽  
Jonathan R. Krieger ◽  
...  

Axon degeneration is an early event and pathological in neurodegenerative conditions and nerve injuries. To discover agents that suppress neuronal death and axonal degeneration, we performed drug screens on primary rodent neurons and identified the pan-kinase inhibitor foretinib, which potently rescued sympathetic, sensory, and motor wt and SOD1 mutant neurons from trophic factor withdrawal-induced degeneration. By using primary sympathetic neurons grown in mass cultures and Campenot chambers, we show that foretinib protected neurons by suppressing both known degenerative pathways and a new pathway involving unliganded TrkA and transcriptional regulation of the proapoptotic BH3 family members BimEL, Harakiri,and Puma, culminating in preservation of mitochondria in the degenerative setting. Foretinib delayed chemotherapy-induced and Wallerian axonal degeneration in culture by preventing axotomy-induced local energy deficit and preserving mitochondria, and peripheral Wallerian degeneration in vivo. These findings identify a new axon degeneration pathway and a potentially clinically useful therapeutic drug.


2011 ◽  
Author(s):  
Μαρία-Μάρθα Παπαχατζάκη

Μέχρι σήμερα τα οπιοειδή παραμένουν τα φάρμακα με την ισχυρότερη αναλγητική ανταπόκριση σε αρκετές μορφές πόνου. Ένα από τα μεγαλύτερα κλινικά αλλά και κοινωνικά προβλήματα στην αντιμετώπιση του χρόνιου πόνου είναι η ανάπτυξη εξάρτησης από τα οπιοειδή σε ασθενείς που χρειάζονται χρόνια αναλγητική θεραπεία και η εμφάνιση στερητικού συνδρόμου μετά την απότομη διακοπή χορήγησης τους. Πέραν όμως από το πρόβλημα της εξάρτησης στην χρόνια λήψη οπιοειδών, οι ασθενείς παρουσιάζουν και μείωση της αναλγητικής τους ανταπόκρισης, λόγω ανάπτυξης ανοχής στην χορηγούμενη δόση μορφίνης. Η ανοχή οδηγεί σε συνεχή αύξηση της δοσολογίας του φαρμάκου, προκειμένου να επιτευχθεί το αναμενόμενο αναλγητικό αποτέλεσμα, με συνέπεια, την ανάπτυξη εξάρτησης στην ουσία και την εμφάνιση σοβαρών παρενεργειών τόσο στο ΚΝΣ, όσο και σε περιφερικούς ιστούς. Όλα αυτά, καθιστούν την χορήγηση της μορφίνης, καθώς και άλλων οπιοειδών φαρμάκων προβληματική, σε ασθενείς που θα την είχαν ανάγκη για μεγάλο χρονικό διάστημα καθώς και περιορισμένη κυρίως σε κλινικές οντότητες με χαμηλό προσδόκιμο ζωής ή τελικού σταδίου νόσου (πχ καρκινοπαθείς). Οι αλλαγές αυτές της δράσης της μορφίνης στον οργανισμό είναι αποτέλεσμα προσαρμοστικών μεταβολών που συμβαίνουν σε κυτταρικό επίπεδο και σε συγκεκριμένα νευρωνικά υποστρώματα. Οι ακριβείς μηχανισμοί αυτών των μεταβολών δεν είναι απολύτως διευκρινισμένοι και πιθανώς συμπεριλαμβάνουν τροποποιήσεις σε πολλαπλά νευρωνικά δίκτυα και στην έκφραση μεγάλου αριθμού γονιδίων, άρα και πρωτεϊνών. Για τον λόγο αυτό, είναι σημαντική η ταυτοποίηση των πρωτεϊνών που συμμετέχουν στους προσαρμοστικούς μηχανισμούς που οδηγούν στην ανάπτυξη ανοχής και εξάρτησης του οργανισμού στην μορφίνη. Μία ομάδα πρωτεϊνών που συμβάλει στους προσαρμοστικούς μηχανισμούς της χρόνιας χορήγησης μορφίνης στον οργανισμό είναι η οικογένεια των RGS πρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες αυτές ρυθμίζουν την ένταση και διάρκεια της δραστικότητας των G πρωτεϊνών, ρυθμίζοντας έτσι έμμεσα το εύρος σηματοδότησης των υποδοχέων που είναι προσδεδεμένοι με τις G πρωτεΐνες. Οι RGS πρωτεΐνες παίζουν ρόλο σε πολλές χρόνιες ασθένειες, όπως η σχιζοφρένεια, η κατάθλιψη και η εξάρτηση στις ουσίες. Συγκεκριμένα, μια σειρά πρόσφατων μελετών, συνδέει την πρωτεΐνη RGS9-2 με την εξάρτηση. Η RGS9-2, η οποία παρουσιάζει πλούσια έκφραση στο κέντρο εθισμού, ρυθμίζει την διάρκεια ενεργοποίησης της άλφα υπομονάδας των G πρωτεϊνών, μέσω κατάλυσης της επανασύνδεσης των α και βγ υπομονάδων της, άρα και την λήξη σηματοδότησης του υποδοχέα. Πολλαπλές in vitro και in vivo μελέτες έδειξαν ότι η RGS9-2 ρυθμίζει δυναμικά την ανταπόκριση των μ-οπιοειδών υποδοχέων (MOR) και παίζει σημαντικό ρόλο στις δράσεις της μορφίνης ενώ επίσης προάγει την ευαισθητοποίηση στις ανταμοιβικές ιδιότητες των οπιοειδών και ψυχοδιεγερτικών ουσιών (Burns&Wensel 2003, Rahman et al 2003, Zachariou et al 2003, Psifogeorgou et al. 2007& 2010). Πιο συγκεκριμένα, προηγούμενες μελέτες του εργαστηρίου μας σε διαγονιδιακά ζώα, με καθολική απαλοιφή του γονιδίου της RGS9, έδειξαν ότι τα ζώα αυτά εμφανίζουν αυξημένη συμπεριφορική ευαισθησία στην ανταμοιβική δράση της μορφίνης, σε σχέση με τα αγρίου τύπου ζώα, αναλγητική ανταπόκριση σε πολύ χαμηλότερες δόσεις από αυτές που χρειάζονταν τα αγρίου τύπου, καθώς και καθυστέρηση στην ανάπτυξη ανοχής (Zachariou et al 2003). Τα δεδομένα αυτά δείχνουν ότι επέμβαση στη δράση της RGS9-2, επηρεάζει δυναμικά τις δράσεις της μορφίνης στο ΚΝΣ και καθιστούν το μόριο αυτό, σημαντικό φαρμακολογικό στόχο. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι να διερευνηθούν οι επιδράσεις της στοχευμένης τροποποίησης των επίπεδων της RGS9-2 σε ειδικούς πυρήνες του εγκεφάλου, όπου εμφανίζει πλούσια κατανομή. Το ραχιαίο ραβδωτό και ιδίως ο επικλινής πυρήνας (κοιλιακό ραβδωτό), αποτελούν τους σημαντικότερους πυρήνες στο παθοφυσιολογικό και φαρμακολογικό μονοπάτι του εθισμού, αφού ρυθμίζουν τις ενισχυτικές και εξαρτησιογόνες δράσεις των οπιοειδών έπειτα απο διέγερση των μ-οπιοειδών υποδοχέων και εμφανίζουν τα υψηλότερα επίπεδα έκφρασης της πρωτείνης στον εγκέφαλο. Πέραν των ανωτέρω περιοχών όμως, αρκετά υψηλά επίπεδα έκφρασης της RGS9-2 πρωτεΐνης έχουν ανιχνευθεί και στα οπίσθια κέρατα του νωτιαίου μυελού, που όπως είναι γνωστό, αποτελούν σημαντικές περιοχές νευροδιαβίβασης των επώδυνων ερεθισμάτων, καθώς και στόχο αρκετών αναλγητικών φαρμάκων όπως τα οπιοειδή. Όλες οι προαναφερόμενες περιοχές εκφράζουν σε υψηλά επίπεδα την RGS9-2. Με στόχο την διερεύνηση του ρόλου της RGS9-2 στις συγκεκριμένες περιοχές του ΚΝΣ, δημιουργήθηκαν γενετικά μοντέλα υπερέκφρασης της. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν AAV ιϊκά οχήματα αδενοσυσχετιζόμενων ιών (adeno associated virus) τα οποία εγχύθηκαν μέσω στερεοταξικής επέμβασης σε επιλεγμένες περιοχές του εγκεφάλου. Οι ιοί που χρησιμοποιούνται στην συγκεκριμένη διατριβή υπερεκφράζουν την RGS9-2 ή την μεταλλαγμένη μορφή της πρωτεΐνης η οποία έχει dominant negative δράση. Συγκεκριμένα, οι ιοί που κατασκευάστηκαν, φέρουν είτε την RGS9-2 σεσημασμένη με GFP, είτε την μεταλλαγμένη μορφή της RGS9-2 DEPless (η RGS9-2 πρωτεΐνη χωρίς το DEP domain της, το οποίο της προσδίδει την ικανότητα πρόσδεσης της στην κυτταρική μεμβράνη, άρα και την δημιουργία σταθερών συμπλόκων κοντά σ' αυτήν) σεσημασμένη με GFP, με στόχο την υπερέκφραση των πρωτεϊνών αυτών στις περιοχές του εγκεφάλου που διοχετεύεται ο ιός. Προ έναρξης ευρείας χρήσης των AAV οχημάτων σε συμπεριφορικές μελέτες έγινε αρχικά ταυτοποίηση του ποσοστού υπερέκφρασης και της κατανομής του ιού στην περιοχή έγχυσης καθώς και στα νευρικά κύτταρα στα οποία εκφράζεται ο ιός υπερέκφρασης της RGS9-2. Μελέτες που έγιναν σε πρωτογενείς κυτταρικές σειρές, δείχνουν ότι η παρουσία της μεταλλαγμένης RGS9-2 (RGS9-2-DEPless) παίζει dominant negative ρόλο (Psifogeorgou et al. 2007), ανταγωνίζεται δηλαδή την δράση της ενδογενούς RGS9-2 πρωτεΐνης σχηματίζοντας σύμπλοκα με τα σηματοδοτικά της μόρια μακριά από την κυτταρική μεμβράνη - λόγω έλλειψης του DEP τμήματος από την κυτταρική δομή της RGS9-2 πρωτεΐνης (Kassi Psifogeorgiou 2007). Επίσης κατασκευάστηκε ιός ο οποίος έφερε μόνο το γονίδιο της EGFP για την παραγωγή της ομάδας των ποντικών μαρτύρων. Στην συνέχεια μελετήθηκαν οι επιπτώσεις της υπερέκφρασης ή ανταγωνισμού δράσης της RGS9-2 στις συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου, στην συμπεριφορά των ζώων μετά από εφάπαξ ή χρόνια χορήγηση μορφίνης, μέσω ευρέως γνωστών συμπεριφορικών παραδειγμάτων αξιολόγησης της εξάρτησης, ανταμοιβής, ανοχής και αναλγησίας στην μορφίνη. Μέσω αυτών διαπιστώθηκε: 1) η σπουδαιότητα της δράσης της RGS9-2 στον επικλινή πυρήνα και στους μηχανισμούς ανάπτυξης εθισμού, αναλγησίας και ανοχής στα οπιοειδή, 2) η σπουδαιότητα της δράσης της RGS9-2 στο ραχιαίο ραβδωτό και στους μηχανισμούς εθισμού, αναλγησίας και ανοχής στα οπιοειδή, 3) η περαιτέρω σχέση των πυρήνων αυτών με τον εθισμό και την αναλγησία, καθώς και 4) ο ρόλος της RGS9-2 στα οπίσθια κέρατα του νωτιαίου μυελού στις αναλγητικές δράσεις της μορφίνης.


1997 ◽  
Vol 17 (5) ◽  
pp. 898-904 ◽  
Author(s):  
Hikaru Ueno ◽  
Hiroaki Yamamoto ◽  
Shin-ichi Ito ◽  
Jian-Jun Li ◽  
Akira Takeshita

Cells ◽  
2019 ◽  
Vol 8 (9) ◽  
pp. 1043 ◽  
Author(s):  
Phil Jun Kang ◽  
Daryeon Son ◽  
Tae Hee Ko ◽  
Wonjun Hong ◽  
Wonjin Yun ◽  
...  

Human neural stem cells (NSCs) hold enormous promise for neurological disorders, typically requiring their expandable and differentiable properties for regeneration of damaged neural tissues. Despite the therapeutic potential of induced NSCs (iNSCs), a major challenge for clinical feasibility is the presence of integrated transgenes in the host genome, contributing to the risk for undesired genotoxicity and tumorigenesis. Here, we describe the advanced transgene-free generation of iNSCs from human urine-derived cells (HUCs) by combining a cocktail of defined small molecules with self-replicable mRNA delivery. The established iNSCs were completely transgene-free in their cytosol and genome and further resembled human embryonic stem cell-derived NSCs in the morphology, biological characteristics, global gene expression, and potential to differentiate into functional neurons, astrocytes, and oligodendrocytes. Moreover, iNSC colonies were observed within eight days under optimized conditions, and no teratomas formed in vivo, implying the absence of pluripotent cells. This study proposes an approach to generate transplantable iNSCs that can be broadly applied for neurological disorders in a safe, efficient, and patient-specific manner.


Oncogenesis ◽  
2021 ◽  
Vol 10 (3) ◽  
Author(s):  
Kaname Sakamoto ◽  
Kaori Endo ◽  
Kei Sakamoto ◽  
Kou Kayamori ◽  
Shogo Ehata ◽  
...  

AbstractETS homologous factor (EHF) belongs to the epithelium-specific subfamily of the E26 transformation-specific (ETS) transcription factor family. Currently, little is known about EHF’s function in cancer. We previously reported that ETS1 induces expression of the ZEB family proteins ZEB1/δEF1 and ZEB2/SIP1, which are key regulators of the epithelial–mesenchymal transition (EMT), by activating the ZEB1 promoters. We have found that EHF gene produces two transcript variants, namely a long form variant that includes exon 1 (EHF-LF) and a short form variant that excludes exon 1 (EHF-SF). Only EHF-SF abrogates ETS1-mediated activation of the ZEB1 promoter by promoting degradation of ETS1 proteins, thereby inhibiting the EMT phenotypes of cancer cells. Most importantly, we identified a novel point mutation within the conserved ETS domain of EHF, and found that EHF mutations abolish its original function while causing the EHF protein to act as a potential dominant negative, thereby enhancing metastasis in vivo. Therefore, we suggest that EHF acts as an anti-EMT factor by inhibiting the expression of ZEBs, and that EHF mutations exacerbate cancer progression.


2020 ◽  
Author(s):  
Piero Zollet ◽  
Timothy E.Yap ◽  
M Francesca Cordeiro

The transparent eye media represent a window through which to observe changes occurring in the retina during pathological processes. In contrast to visualising the extent of neurodegenerative damage that has already occurred, imaging an active process such as apoptosis has the potential to report on disease progression and therefore the threat of irreversible functional loss in various eye and brain diseases. Early diagnosis in these conditions is an important unmet clinical need to avoid or delay irreversible sight loss. In this setting, apoptosis detection is a promising strategy with which to diagnose, provide prognosis, and monitor therapeutic response. Additionally, monitoring apoptosis in vitro and in vivo has been shown to be valuable for drug development in order to assess the efficacy of novel therapeutic strategies both in the pre-clinical and clinical setting. Detection of Apoptosing Retinal Cells (DARC) technology is to date the only tool of its kind to have been tested in clinical trials, with other new imaging techniques under investigation in the fields of neuroscience, ophthalmology and drug development. We summarize the transitioning of techniques detecting apoptosis from bench to bedside, along with the future possibilities they encase.


2021 ◽  
Vol 4 (1) ◽  
Author(s):  
Zhen Li ◽  
Sumin Gu ◽  
Yumeng Quan ◽  
Kulandaiappan Varadaraj ◽  
Jean X. Jiang

AbstractCongenital cataracts are associated with gene mutations, yet the underlying mechanism remains largely unknown. Here we reported an embryonic chick lens model that closely recapitulates the process of cataract formation. We adopted dominant-negative site mutations that cause congenital cataracts, connexin, Cx50E48K, aquaporin 0, AQP0R33C, αA-crystallin, CRYAA R12C and R54C. The recombinant retroviruses containing these mutants were microinjected into the occlusive lumen of chick lenses at early embryonic development. Cx50E48K expression developed cataracts associated with disorganized nuclei and enlarged extracellular spaces. Expression of AQP0R33C resulted in cortical cataracts, enlarged extracellular spaces and distorted fiber cell organization. αA crystallin mutations distorted lens light transmission and increased crystalline protein aggregation. Together, retroviral expression of congenital mutant genes in embryonic chick lenses closely mimics characteristics of human congenital cataracts. This model will provide an effective, reliable in vivo system to investigate the development and underlying mechanism of cataracts and other genetic diseases.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document