Small molecules targeting glycogen synthase kinase 3 as potential drug candidates for the treatment of retinitis pigmentosa

6 p.-5 fig.Retinitis pigmentosa (RP) is an inherited retinal dystrophy that courses with progressive degeneration of retinal tissue and loss of vision. Currently, RP is an unpreventable, incurable condition. We propose glycogen synthase kinase 3 (GSK-3) inhibitors as potential leads for retinal cell neuroprotection, since the retina is also a part of the central nervous system and GSK-3 inhibitors are potent neuroprotectant agents. Using a chemical genetic approach, diverse small molecules with different potency and binding mode to GSK-3 have been used to validate and confirm GSK-3 as a pharmacological target for RP. Moreover, this medicinal chemistry approach has provided new leads for the future disease-modifying treatment of RP.This work has been partially funded by the Spanish MINECO grants (SAF2012-37979-C03-01 to AM and SAF2013-41059-R to EJdlR).Peer reviewe

A GSK-3b modulator delays photoreceptor cell death and preserves visual function in the rd10 mouse model of retinitis pigmentosa

1 p.Retinitis pigmentosa (RP) is a heterogeneous group of inherited retinal dystrophies that lead to blindness. Photoreceptor cell death, reactive gliosis and retinal inammation are common features in animal models of the disease. The enzyme Glycogen Synthase Kinase-3 Beta (GSK-3b) is involved in inammatory processes associated to diverse neurodegenerative pathologies. The aim of our study is to test in the rd10 mouse whether the GSK-3b inhibitor VP3.15 (a small heterocyclic molecule) is a potential therapeutic treatment for RP.SAF2013-41059-RPeer reviewe

LRRK2 inhibitors as effective drugs for the treatment of neurodegenerative diseases

218 p.-97 fig.-10 tab.El tratamiento de las enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer o la enfermedad de Parkinson entre otras, es uno de los grandes retos del siglo XXI. Esto se debe al gran número de pacientes afectados debido al aumento en la esperanza de vida. Se trata de enfermedades devastadoras en las que la calidad de vida de los enfermos empeora drásticamente. Asimismo, tienen un gran impacto social debido al gasto que suponen para la sanidad pública y las familias. Por todo ello, es de vital importancia encontrar nuevos fármacos eficaces que sean capaces de frenar el avance de estas enfermedades y no sólo de paliar los síntomas de las mismas. Este tipo de patologías se caracterizan por ser enfermedades multifactoriales en las que se ven implicados varios procesos biológicos. La etiología de estas enfermedades es aún desconocida pero se han descrito distintos eventos comunes a todas ellas entre los cuales destacan el estrés oxidativo, la neuroinflamación, la excitotixidad del glutamato y disrupciones en el proceso de plegamiento de las proteínas. La fase final en la biosíntesis de las proteínas corresponde a las modificaciones post-trasduccionales. Estas modificaciones post-transduccionales juegan un papel fundamental en el correcto plegamiento de las proteínas. Una de las más relevantes en la fisiología humana es la fosforilación. El proceso de fosforilación supone un equilibrio entre la función de diversas proteínas quinasas y las fosfatasas. Existen varias quinasas que fosforilan a diversas proteínas implicadas en los mecanismos de neurodegeneración. Una de éstas es la quinasa rica en repeticiones de leucina, LRRK2 (del inglés leucine-rich-repeat kinase 2). LRRK2 fue descubierta en 2002 y se ha convertido en una de las dianas más estudiadas en el campo de la enfermedad de Parkinson, ya que las mutaciones en el gen que codifica esta proteína son la primera causa genética de esta enfermedad. LRRK2 es una proteína compleja con siete dominios diferentes que ejerce una actividad tanto GTPasa como ATPasa. Sin embargo, el papel que juega esta enzima en diferentes vías de señalización neuropatológicas es más extenso y por tanto, podría jugar un papel importante en otras enfermedades neurodegenerativas. Por ello, nos planteamos como objetivo principal de ésta tesis estudiar el papel que juega LRRK2 fuera de la enfermedad de Parkinson mediante una estrategia de química genética. Para ello, en primer lugar y dado que no existe una estructura cristalográfica del dominio quinasa de LRRK2, se construyó un modelo de homología. Este modelo permitió el estudio del modo de unión de una familia de inhibidores de LRRK2 que ya había sido sintetizada en el grupo de investigación además de guiar el diseño de una nueva familia de inhibidores derivados de benzotiazol que ha sido sintetizada en este trabajo.De esta manera utilizando esta pequeña pero estructuralmente diversa colección de inhibidores de LRRK2, se ha podido estudiar en distintos modelos in vitro e in vivo, la implicación de este enzima en la neurogénesis en adulto, en la fosforilación de tau y en la retinosis pigmentaria. En relación a la activación de la neurogénesis en adulto que podría compensar la muerte neuronal que ocurre en las enfermedades neurodegenerativas, se ha visto que algunos de los inhibidores actúan como moduladores positivos de la vía de señalización de Wnt (una de las principales vías neurogénicas) en un modelo que utiliza progenitores neuronales humanos obtenidos a partir de células pluripotenciales inducidas de adultos sanos. Asímismo, estos inhibidores con potencial neurogénico fueron probados in vitro en neuroesferas obtenidas a partir de la zona subventricular de ratones adultos y se comprobó que los mismos eran capaces de promover la proliferación de los progenitores neurales. Finalmente, los inhibidores más prometedores fueron estudiados en experimentos de diferenciación utilizando estas mismas neuroesferas y se pudo observar como algunos de ellos eran capaces de promover el linaje neuronal y fundamentalmente oligodendrocítico. Esta interesante actividad biológica de los inhibidores de LRRK2, hace pensar que este diana puede jugar un papel interesante en la esclerosis múltiple. Por otro lado, se decidió estudiar si la inhibición farmacológica de LRRK2 podría ejercer efecto en la fosforilación de tau. Esta hipótesis se basó en el hecho descrito sobre la fosforilación de tau in vitro como in vivo por LRRK2 tanto de una manera directa como indirecta. Para confirmar esta hipótesis, la quimioteca de inhibidores de LRRK2 se evaluó en un ensayo de neuroprotección desarrollado en este trabajo mediante el cual se induce neurotoxicidad por incremento de la fosoforilación de tau en células de neuroblastoma humano. Los inhibidores de LRRK2 demostraron tener un efecto neuroprotector en este modelo. Asímismo, estos compuestos fueron probados en un modelo celular de demencia fronto-temporal en el cual se utilizan neuronas glutamatérgicas obtenidas a partir de las células pluripotentes inducidas de un paciente afectado de esta enfermedad y portador de una mutación en el gen que codifica la proteína tau y que consecuentemente provoca la hiperfosforilación de la misma. Algunos inhibidores fueron capaces de reducir la fosforilación de tau en las dendritas así como la acumulación patológica de tau total en el soma de estas neuronas. En un siguiente paso, los compuestos más interesantes fueron probados en un segundo modelo celular de demencia fronto-temporal en el que a partir de las mismas células pluripotentes inducidas del mismo paciente se obtuvo un cultivo neuronal mixto en el que había neuronas dopaminérgicas, colinérgicas, glutamatérgicas y serotonérgicas, entre otras. En este segundo modelo se determinó cómo estos inhibidores de LRRK2 eran capaces de reducir la fosforilación de tau en distinto grado y medida en distintos epítopos. Un grupo reducido de estos inhibidores prometedores fueron probados en un modelo in vivo de Drosophila en el cual se expresa una forma humana mutada de la proteína tau en el ojo de la mosca.Consecuentemente se desencadena un fenotipo patológico en el ojo de esta. En un ensayo cualitativo se determinó cómo uno de los inhibidores de LRRK2 es capaz de revertir dicho fenotipo. Finalmente, uno de los inhibidores más prometedores fue probado en un modelo de tauopatía murino en el cual se induce la expresión de tau humana mutada en el lado ipsilateral del hipocampo. Con este modelo se determinó que el inhibidor es capaz de alcanzar el cerebro ya que se produce una bajada en los niveles de fosforilación de tau en el hipocampo, a la vez que una mejora de la cognición en estos animales. El último campo en el que se decidió estudiar el papel de LRRK2 fue en las degeneraciones retinianas, en concreto, la retinosis pigmentaria. Ya se había visto en el grupo que la glúcogeno-quinasa-3β (GSK3-β) juega un papel importante en este tipo de patologías y dado que LRRK2 está muy relacionada con la misma, se decidió estudiar si podría estar también implicada. En un primer lugar, se determinó que en un modelo de roedor de esta enfermedad (rd10), la expresión de LRRK2 aumenta a medida que avanza el proceso neurodegenerativo. En un segundo lugar, se estudió cómo en animales que habían sido tratados con uno de los inhibidores de LRRK2 había una tendencia a neuroproteger la capa de fotorreceptores así como una bajada importante de la neuroinflamación que se da en la retina como consecuencia de la enfermedad. Estos resultados abren un nuevo horizonte terapéutico para los inhibidores de LRRK2, ya que se muestra que esta enzima puede ser una diana interesante para promover la neurogénesis en adulto con una especial implicación en la esclerósis múltiple, en tauopatías y también en retinosis pigmentariaPeer reviewe

Compuestos inhibidores de LRRK2 y su uso para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas

La presente invención se refiere a una serie de compuestos con un núcleo estructural de benzotiazol-benzamida que tienen capacidad para inhibir la enzima LRRK2, por lo que la invención también se refiere al uso de estos compuestos para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas en las que esta enzima está implicada, tales como la enfermedad de Parkinson o la enfermedad de Alzheimer. [ES]The present invention relates to a series of compounds having a structural benzothiazole-benzamide core with capacity to inhibit the LRRK2 enzyme, due to which the invention also relates to the use of these compounds for treating neurodegenerative diseases in which this enzyme is involved, such as Parkinson's Disease or Alzheimer's Disease. [IN]Peer reviewedConsejo Superior de Investigaciones Científicas (España)A1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnic

Cognitive enhancement, TAU phosphorylation reduction, and neuronal protection by the treatment of an LRRK2 inhibitor in a tauopathy mouse model

7 p.-2 fig.Leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) is a protein kinase whose activity plays an important role in neurodegenerative diseases. Although mutations in LRRK2 gene are the most common cause of monogenic Parkinson's disease, it has been reported that LRRK2 may promote Tau phosphorylation, increasing its aggregation. Thus, the modulation of LRRK2 activity by small molecules able to inhibit this kinase activity could be an innovative therapeutic strategy for different tauopathies. We examined the therapeutic effects of a new benzothiazole-based LRRK2 inhibitor, known as JZ1.40, in a mouse model of tauopathy. Mice were injected in the right hippocampus with an adeno-associated vector expressing human-TAUP301L and treated daily with JZ1.40 (10 mg/kg, i.p) or vehicle for three weeks. JZ1.40 reaches the brain and modulates RAB10 and Tau phosphorylation at the epitopes modified by LRRK2. Moreover, JZ1.40 treatment ameliorates the cognitive impairment induced by TAUP301L overexpression, which correlates with prevention of granular cell layer degeneration by improving synaptic plasticity. These data show that JZ1.40 is neuroprotective in vivo, which is translated into cognition enhancement.This work was supported by MINECO (Competitiveness Grants SAF2016-76520-R to ILB, SAF2016-76693-R to AM, and RTI2018-095793-B-I00 to MGL), MECD (FPU grant FPU13-003262 to JZD), SCS is beneficiary of the call for predoctoral contracts for the training of research personnel 2018 (FPI-UAM) and Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno to EL.Peer reviewe

Modulation of GSK-3 provides cellular and functional neuroprotection in the rd10 mouse model of retinitis pigmentosa

Abstract Background Retinitis pigmentosa (RP) is a group of hereditary retinal neurodegenerative conditions characterized by primary dysfunction and death of photoreceptor cells, resulting in visual loss and, eventually, blindness. To date, no effective therapies have been transferred to clinic. Given the diverse genetic etiology of RP, targeting common cellular and molecular retinal alterations has emerged as a potential therapeutic strategy. Methods Using the Pde6b rd10/rd10 mouse model of RP, we investigated the effects of daily intraperitoneal administration of VP3.15, a small-molecule heterocyclic GSK-3 inhibitor. Gene expression was analyzed by quantitative PCR and protein expression and phosphorylation by Western blot. Photoreceptor preservation was evaluated by histological analysis and visual function was assessed by electroretinography. Results In rd10 retinas, increased expression of pro-inflammatory markers and reactive gliosis coincided with the early stages of retinal degeneration. Compared with wild-type controls, GSK-3β expression (mRNA and protein) remained unchanged during the retinal degeneration period. However, levels of GSK-3βSer9 and its regulator AktSer473 were increased in rd10 versus wild-type retinas. In vivo administration of VP3.15 reduced photoreceptor cell loss and preserved visual function. This neuroprotective effect was accompanied by a decrease in the expression of neuroinflammatory markers. Conclusions These results provide proof of concept of the therapeutic potential of VP3.15 for the treatment of retinal neurodegenerative conditions in general, and RP in particular.We thank Cayetana Murillo, Laura Ramírez and the staff of the CIB animal house and microscopy facilities for technical support. We thank Violeta Gómez-Vicente for advice on GSK-3 immunostaining. We thank Dr. GarcíaPardo and Dr. Labandeira-García for providing the pNF-κBser536 antibody and the N9 cell line, respectively. ASC and JZD are recipients of UCM and MECD (FPU13-00362) predoctoral fellowships, respectivelyThis work was supported by grants from the Spanish MINECO (SAF2012- 37979-C03-01 and SAF2016-76639-R to AM, SAF2013-41059-R and SAF2016- 75681-R to EJdlR, and PI13-02098 to PdlV) and Instituto de Salud Carlos III and cofinanced by FEDER (PI17/01601 and RETICS RD16/0019/0009 to IL)

Benzothiazole-based LRRK2 inhibitors as Wnt enhancers and promoters of oligodendrocytic fate

63 p.-15 fig.-1 tab.-2 schem.Leucine Rich Repeat Kinase 2 (LRRK2) is an enigmatic enzyme and a relevant target for Parkinson’s Disease (PD). However, despite the significant amount of research done in the last decade, the precise function of LRRK2 remains largely unknown. Moreover, the therapeutic potential of its inhibitors is in its infancy with the first clinical trial having just started. In the present work the molecular mechanism of LRRK2 in the control of neurogenesis or gliogenesis was investigated. We designed and synthesized novel benzothiazole-based LRRK2 inhibitors and showed that they can modulate the Wnt/β-catenin signaling pathway. Furthermore, compounds 5 and 14 were able to promote neural progenitors proliferation and drive their differentiation towards neuronal and oligodendrocytic cell fates. These results suggest potential new avenues for the application of LRRK2 inhibitors in demyelinating diseases in which oligodendrocyte cell-death is one of the pathological features.This work was supported by MINECO (grant SAF2016-76693-R to A.M. and SAF2017-85717-R to A.V.M.), CIBERNED (CB18/05/00040 to A.M.), MECD (FPU13-003262 to J.Z.-D.), CEU-Banco Santander (Scholarships for the Research Mobility Program CEU-BANCO SANTANDER to J.Z.-D.), Fundación Alicia Koplowitz (Research Project, 2018 to A.V.M.) and Tau Consortium and Stuart & Suzanne Steele MGH Research Scholar Award to S.J.HPeer reviewe

Leucine rich repeat kinase 2 (LRRK2) inhibitors based on indolinone scaffold: Potential pro-neurogenic agents

46 p.-7 fig.-1 tab.Leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) is one of the most pursued targets for Parkinson’s disease (PD) therapy. Moreover, it has recently described its role in regulating Wnt signaling and thus, it may be involved in adult neurogenesis. This new hypothesis could give rise to double disease-modifying agents firstly by the benefits of inhibiting LRRK2 and secondly by promoting adult neurogenesis. Herein we report, the design, synthesis, biological evaluation, SAR and potential binding mode of indolinelike LRRK2 inhibitors and their preliminary neurogenic effect in neural precursor cells isolated from adult mice ventricular-subventricular zone. These results open new therapeutic horizons for the use of LRRK2 inhibitors as neuroregenerative agents.Moreover, the indolinone derivatives here prepared, inhibitors of the kinase activity of LRRK2, may be considered as pharmacological probes to study the potential neuroregeneration of the damaged brain.Financial support from MINECO (grant no. SAF2012-37979-C03-01 and RTC-2015-3439-1 to A. M. and BFU2014-57494-R to A. V. M), MECD (FPU13-003262 to J. Z.D.).Peer reviewe