view in publisher's site

Tryptophan 32 mediates SOD1 toxicity in a in vivo motor neuron model of ALS and is a promising target for small molecule therapeutics

Highlights•Misfolded SOD1 associates with motoneuron death in both familial and sporadic ALS.•Expressing human SOD1 in zebrafish caused motoneuron axonopathy and motor deficits.•A unique tryptophan (W32) was required for SOD1 toxicity in zebrafish motor neurons.•Virtual modeling method to discover drugs impacting SOD1 W32 was validated in vivo.•FDA-approved drug ameliorated ALS symptoms and thus has promise for off-label use.AbstractSOD1 misfolding, toxic gain of function, and spread are proposed as a pathological basis of amyotrophic lateral sclerosis (ALS), but the nature of SOD1 toxicity has been difficult to elucidate. Uniquely in SOD1 proteins from humans and other primates, and rarely in other species, a tryptophan residue at position 32 (W32) is predicted to be solvent exposed and to participate in SOD1 misfolding. We hypothesized that W32 is influential in SOD1 acquiring toxicity, as it is known to be important in template-directed misfolding. We tested if W32 contributes to SOD1 cytotoxicity and if it is an appropriate drug target to ameliorate ALS-like neuromuscular deficits in a zebrafish model of motor neuron axon morphology and function (swimming). Embryos injected with human SOD1 variant with W32 substituted for a serine (SOD1W32S) had reduced motor neuron axonopathy and motor deficits compared to those injected with wildtype or disease-associated SOD1. A library of FDA-approved small molecules was ranked with virtual screening based on predicted binding to W32, and subsequently filtered for analogues using a pharmacophore model based on molecular features of the uracil moiety of a small molecule previously predicted to interact with W32 (5′-fluorouridine or 5’-FUrd). Along with testing 5’-FUrd and uridine, a lead candidate from this list was selected based on its lower toxicity and improved blood brain barrier penetrance; telbivudine significantly rescued SOD1 toxicity in a dose-dependent manner. The mechanisms whereby the small molecules ameliorated motor neuron phenotypes were specifically mediated through human SOD1 and its residue W32, because these therapeutics had no measurable impact on the effects of UBQLN4D90A, EtOH, or tryptophan-deficient human SOD1W32S. By substituting W32 for a more evolutionarily conserved residue (serine), we confirmed the significant influence of W32 on human SOD1 toxicity to motor neuron morphology and function; further, we performed pharmaceutical targeting of the W32 residue for rescuing SOD1 toxicity. This unique residue offers future novel insights into SOD1 stability and toxic gain of function, and therefore poses an potential target for drug therapy.

tryptophan ۳۲ a واسطه سمیت SOD۱ در مدل نورون حرکتی موش در شرایط in vivo of و یک هدف امیدبخش برای درمان دارویی کوچک است.

کاره‌ای مهم: misfolded SOD۱ همراه با مرگ نرون‌های حرکتی در هر دو گروه فامیلی و تک گیر هستند. بیان SOD۱ های انسانی در zebrafish باعث اختلال حرکتی حرکتی و اختلالات حرکتی می‌شود. یک تریپتوفان منحصر به فرد (W۳۲)برای سمیت SOD۱ در نورون‌های حرکتی zebrafish مورد نیاز است. روش مدلسازی مجازی برای کشف داروهایی که بر SOD۱ W۳۲ تاثیر می‌گذارند در شرایط in vivo تایید شد. دارو تایید شده توسط FDA، علایم ALS را بهبود بخشید و بنابراین قول داد که use.Abst ractSOD۱ misfolding، بهره سمی عملکرد، و گسترش به عنوان اساس پاتولوژیک اسکلروز جانبی amyotrophic (ALS)پیشنهاد داده شود، اما ماهیت سمیت SOD۱ توضیح داده می‌شود. Uniquely در پروتئین SOD۱ از انسان و دیگر primates، و ندرتا در سایر گونه‌ها، یک باقیمانده تریپتوفان در جایگاه ۳۲ (W۳۲)در جایگاه ۳۲ (W۳۲)پیش‌بینی می‌شود که در معرض حلال قرار می‌گیرد و در SOD۱ misfolding شرکت می‌کند. ما فرض کردیم که W۳۲ در ایجاد مسمومیت موثر است، همانطور که شناخته شده‌است که در misfolding الگو، مهم است. ما آزمایش کردیم اگر W۳۲ به SOD۱ SOD۱ کمک کند و اگر داروی مناسبی برای بهبود اختلالات عصبی - عضلانی در مدل zebrafish از نورون حرکتی نورون حرکتی و عملکرد (شنا)باشد. Embryos که با داروی SOD۱ جایگزین سرین (W۳۲)به جای سرین (SOD۱W۳۲S)جایگزین سرین (SOD۱W۳۲S)شده بودند، در مقایسه با those که با wildtype یا SOD۱ همراه بودند، اختلالات نورون حرکتی و اختلالات حرکتی را کاهش داده بود. کتابخانه‌ای از مولکول‌های کوچک تایید شده توسط FDA براساس اتصال پیش‌بینی‌شده به W۳۲ انتخاب شد و متعاقبا با استفاده از یک مدل pharmacophore بر پایه ویژگی‌های مولکولی نیمه uracil یک مولکول کوچک که پیش از این برای تعامل با W۳۲ (۵ '- fluorouridine یا ۵' - FUrd پیش‌بینی شده‌بود)فیلتر شدند. علاوه بر آزمایش ۵ " - FUrd و uridine، یک کاندیدای پیشرو از این لیست براساس سمیت کم‌تر آن انتخاب شد و نفوذ بالای سد خونی مغزی را بهبود بخشید؛ telbivudine سمیت SOD۱ را به صورت وابسته به دوز بهبود بخشید. مکانیسم‌هایی که به موجب آن مولکول‌های کوچک فنوتیپ نورون حرکتی را بهبود می‌بخشند، به طور ویژه از طریق SOD۱ های انسانی و باقیمانده آن اعمال می‌شوند، زیرا این داروها هیچ تاثیر قابل‌اندازه‌گیری بر روی اثرات of، EtOH، یا tryptophan انسان ندارند. با جایگزین کردن W۳۲ برای یک باقیمانده evolutionarily حفظ‌شده (سرین)، ما تاثیر قابل‌توجه of بر سمیت SOD۱ انسان برای مورفولوژی و عملکرد نورون حرکتی را تایید کردیم؛ بیشتر، ما هدف دارویی باقیمانده W۳۲ را برای نجات سمیت SOD۱ انجام دادیم. این پسماند منحصر به فرد بینش جدید آینده را در مورد پایداری SOD۱ و بهره سمی عملکرد ارایه می‌کند و بنابراین هدف بالقوه ای برای درمان دارویی به وجود می‌آورد.

ترجمه شده با

Download PDF سفارش ترجمه این مقاله این مقاله را خودتان با کمک ترجمه کنید
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.