The interaction of the general anesthetic etomidate with the γ-aminobutyric acid type A receptor is influenced by a single amino acid

The γ-aminobutyric acid type A (GABAA) receptor is a transmitter-gated ion channel mediating the majority of fast inhibitory synaptic transmission within the brain. The receptor is a pentameric assembly of subunits drawn from multiple classes (α1–6, β1–3, γ1–3, δ1, and ɛ1). Positive allosteric modulation of GABAA receptor activity by general anesthetics represents one logical mechanism for central nervous system depression. The ability of the intravenous general anesthetic etomidate to modulate and activate GABAA receptors is uniquely dependent upon the β subunit subtype present within the receptor. Receptors containing β2- or β3-, but not β1 subunits, are highly sensitive to the agent. Here, chimeric β1/β2 subunits coexpressed in Xenopus laevis oocytes with human α6 and γ2 subunits identified a region distal to the extracellular N-terminal domain as a determinant of the selectivity of etomidate. The mutation of an amino acid (Asn-289) present within the channel domain of the β3 subunit to Ser (the homologous residue in β1), strongly suppressed the GABA-modulatory and GABA-mimetic effects of etomidate. The replacement of the β1 subunit Ser-290 by Asn produced the converse effect. When applied intracellularly to mouse L(tk−) cells stably expressing the α6β3γ2 subunit combination, etomidate was inert. Hence, the effects of a clinically utilized general anesthetic upon a physiologically relevant target protein are dramatically influenced by a single amino acid. Together with the lack of effect of intracellular etomidate, the data argue against a unitary, lipid-based theory of anesthesia.

Construction of a high-affinity receptor site for dihydropyridine agonists and antagonists by single amino acid substitutions in a non-l-type Ca2+ channel

The activity of l-type Ca2+ channels is increased by dihydropyridine (DHP) agonists and inhibited by DHP antagonists, which are widely used in the therapy of cardiovascular disease. These drugs bind to the pore-forming α1 subunits of l-type Ca2+ channels. To define the minimal requirements for DHP binding and action, we constructed a high-affinity DHP receptor site by substituting a total of nine amino acid residues from DHP-sensitive l-type α1 subunits into the S5 and S6 transmembrane segments of domain III and the S6 transmembrane segment of domain IV of the DHP-insensitive P/Q-type α1A subunit. The resulting chimeric α1A/DHPS subunit bound DHP antagonists with high affinity in radioligand binding assays and was inhibited by DHP antagonists with high affinity in voltage clamp experiments. Substitution of these nine amino acid residues yielded 86% of the binding energy of the l-type α1C subunit and 92% of the binding energy of the l-type α1S subunit for the high-affinity DHP antagonist PN200–110. The activity of chimeric Ca2+ channels containing α1A/DHPS was increased 3.5 ± 0.7-fold by the DHP agonist (−)Bay K8644. The effect of this agonist was stereoselective as in l-type Ca2+ channels since (+) Bay K8644 inhibited the activity of α1A/DHPS. The results show conclusively that DHP agonists and antagonists bind to a single receptor site at which they have opposite effects on Ca2+ channel activity. This site contains essential components from both domains III and IV, consistent with a domain interface model for binding and allosteric modulation of Ca2+ channel activity by DHPs.

Lidocaine effects on acetylcholine-elicited currents from mouse superior cervical ganglion neurons

Lidocaine is a commonly used local anaesthetic that, besides blocking voltage-dependent Na+ channels, has multiple inhibitory effects on muscle-type nicotinic acetylcholine (ACh) receptors (nAChRs). In the present study, we have investigated the effects of lidocaine on ACh-elicited currents (IAChs) from cultured mouse superior cervical ganglion (SCG) neurons, which mainly express heteromeric α3β4 nAChRs. Neurons were voltage-clamped by using the perforated-patch method and IAChs were elicited by fast application of ACh (100-300 μM), either alone or in presence of lidocaine at different concentrations. IAChs were reversibly blocked by lidocaine in a concentration-dependent way (IC50 = 41 μM; nH close to 1) and the inhibition was, at least partially, voltage-dependent, indicating an open-channel blockade. Besides, lidocaine blocked resting (closed) nAChRs, as evidenced by the increased inhibition caused by a 12 s lidocaine application just before its co-application with the agonist, and also enhanced IAChs desensitisation, at concentrations close to the IC50. These results indicate that lidocaine has diverse inhibitory actions on neuronal heteromeric nAChRs resembling those previously reported for Torpedo (muscle-type) nAChRs ( Alberola-Die et al., 2011). The similarity of lidocaine actions on different subtypes of heteromeric nAChRs differs with the specific effects of other compounds, restricted to particular subtypes of nAChRs.

Muscle-Type Nicotinic Receptor Blockade by Diethylamine, the Hydrophilic Moiety of Lidocaine

Lidocaine bears in its structure both an aromatic ring and a terminal amine, which can be protonated at physiological pH, linked by an amide group. Since lidocaine causes multiple inhibitory actions on nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs), this work was aimed to determine the inhibitory effects of diethylamine (DEA), a small molecule resembling the hydrophilic moiety of lidocaine, on Torpedo marmorata nAChRs microtransplanted to Xenopus oocytes. Similarly to lidocaine, DEA reversibly blocked acetylcholine-elicited currents (IACh) in a dose-dependent manner (IC50 close to 70 μM), but unlike lidocaine, DEA did not affect IACh desensitization. IACh inhibition by DEA was more pronounced at negative potentials, suggesting an open-channel blockade of nAChRs, although roughly 30% inhibition persisted at positive potentials, indicating additional binding sites outside the pore. DEA block of nAChRs in the resting state (closed channel) was confirmed by the enhanced IACh inhibition when pre-applying DEA before its co-application with ACh, as compared with solely DEA and ACh co-application. Virtual docking assays provide a plausible explanation to the experimental observations in terms of the involvement of different sets of drug binding sites. So, at the nAChR transmembrane (TM) domain, DEA and lidocaine shared binding sites within the channel pore, giving support to their open-channel blockade; besides, lidocaine, but not DEA, interacted with residues at cavities among the M1, M2, M3, and M4 segments of each subunit and also at intersubunit crevices. At the extracellular (EC) domain, DEA and lidocaine binding sites were broadly distributed, which aids to explain the closed channel blockade observed. Interestingly, some DEA clusters were located at the α-γ interphase of the EC domain, in a cavity near the orthosteric binding site pocket; by contrast, lidocaine contacted with all α-subunit loops conforming the ACh binding site, both in α-γ and α-δ and interphases, likely because of its larger size. Together, these results indicate that DEA mimics some, but not all, inhibitory actions of lidocaine on nAChRs and that even this small polar molecule acts by different mechanisms on this receptor. The presented results contribute to a better understanding of the structural determinants of nAChR modulation.

Differential impact of amino acid substitutions on critical residues of the human glucagon-like peptide-1 receptor involved in peptide activity and small-molecule allosterys

The glucagon-like peptide-1 receptor (GLP-1R) is a class B G protein-coupled receptor that has a critical role in the regulation of glucose homeostasis, principally through the regulation of insulin secretion. The receptor systemis highly complex, able to be activated by both endogenous [GLP-1(1-36)NH2, GLP-1(1-37), GLP-1(7-36)NH2, GLP-1(7-37), oxyntomodulin], and exogenous (exendin-4) peptides in addition to small-molecule allosteric agonists (compound 2 [6,7-dichloro-2-methylsulfonyl-3-tertbutylaminoquinoxaline], BETP [4-(3-benzyloxy)phenyl)-2-ethylsulfinyl-6-(trifluoromethyl)pyrimidine]). Furthermore, the GLP-1R is subject to single-nucleotide polymorphic variance, resulting in amino acid changes in the receptor protein. In this study, we investigated two polymorphic variants previously reported to impact peptidemediated receptor activity (M149) and small-molecule allostery (C333). These residues were mutated to a series of alternate amino acids, and their functionality was monitored across physiologically significant signaling pathways, including cAMP, extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 phosphorylation, and intracellular Ca2+ mobilization, in addition to peptide binding and cell-surface expression. We observed that residue 149 is highly sensitive to mutation, with almost all peptide responses significantly attenuated at mutated receptors. However, most reductions in activity were able to be restored by the small-molecule allosteric agonist compound 2. Conversely, mutation of residue 333 had little impact on peptide-mediated receptor activation, but this activity could not be modulated by compound 2 to the same extent as that observed at the wild-type receptor. These results provide insight into the importance of residues 149 and 333 in peptide function and highlight the complexities of allosteric modulation within this receptor system.

Alteration of the C-terminal ligand specificity of the Erbin PDZ domain by allosteric mutational effects

Modulation of protein binding specificity is important for basic biology and for applied science. Here we explore how binding specificity is conveyed in PDZ (postsynaptic density protein-95/discs large/zonula occludens-1) domains, small interaction modules that recognize various proteins by binding to an extended C terminus. Our goal was to engineer variants of the Erbin PDZ domain with altered specificity for the most C-terminal position (position 0) where a Val is strongly preferred by the wild-type domain. We constructed a library of PDZ domains by randomizing residues in direct contact with position 0 and in a loop that is close to but does not contact position 0. We used phage display to select for PDZ variants that bind to 19 peptide ligands differing only at position 0. To verify that each obtained PDZ domain exhibited the correct binding specificity, we selected peptide ligands for each domain. Despite intensive efforts, we were only able to evolve Erbin PDZ domain variants with selectivity for the aliphatic C-terminal side chains Val, Ile and Leu. Interestingly, many PDZ domains with these three distinct specificities contained identical amino acids at positions that directly contact position 0 but differed in the loop that does not contact position 0. Computational modeling of the selected PDZ domains shows how slight conformational changes in the loop region propagate to the binding site and result in different binding specificities. Our results demonstrate that second-sphere residues could be crucial in determining protein binding specificity.

An allosteric potentiator of M4 mAChR modulates hippocampal synaptic transmission.

Muscarinic acetylcholine receptors (mAChRs) provide viable targets for the treatment of multiple central nervous system disorders. We have used cheminformatics and medicinal chemistry to develop new, highly selective M₄ allosteric potentiators. VU10010, the lead compound, potentiates the M₄ response to acetylcholine 47-fold while having no activity at other mAChR subtypes. This compound binds to an allosteric site on the receptor and increases affinity for acetylcholine and coupling to G proteins. Whole-cell patch clamp recordings revealed that selective potentiation of M₄ with VU10010 increases carbachol-induced depression of transmission at excitatory but not inhibitory synapses in the hippocampus. The effect was not mimicked by an inactive analog of VU10010 and was absent in M₄ knockout mice. Selective regulation of excitatory transmission by M₄ suggests that targeting of individual mAChR subtypes could be used to differentially regulate specific aspects of mAChR modulation of function in this important forebrain structure.

Modulation allostérique de la fonction des récepteurs FP et PAF

Les récepteurs couplés aux protéines-G (RCPGs) constituent la première étape d’une série de cascades signalétiques menant à la régulation d’une multitude de processus physiologiques. Dans le modèle classique connu, la liaison du ligand induit un changement de conformation du récepteur qui mène à sa forme active. Une fois activés, les RCPGs vont réguler l’activité d’une protéine membranaire cible qui peut être tant une enzyme qu’un canal ionique. L’interaction entre le récepteur et la cible nécessite l’intermédiaire d’une protéine hétérotrimérique appelée « protéine G », qui est activée pour favoriser l’échange du GDP (guanosine diphosphate) pour un GTP (guanosine triphosphate) et assurer la transduction du signal du récepteur à l’effecteur. Les mécanismes moléculaires menant à l’activation des effecteurs spécifiques via l’activation des RCPGs par les protéines G hétérotrimériques sont encore plutôt méconnus. Dans notre étude nous nous sommes intéressés aux récepteurs FP et PAF, à leurs ligands naturels, la PGF2α et le Carbamyl-PAF respectivement, et à des ligands à action antagoniste sur ces récepteurs. Des ligands considérés comme agonistes, sont des molécules qui interagissent avec le récepteur et induisent les mêmes effets que le ligand naturel. Les antagonistes, par contre, sont des molécules qui interagissent avec le récepteur et bloquent l’action du ligand naturel en prévenant le changement conformationnel du complexe, et ils peuvent avoir une action compétitive ou non-compétitive. Nous avons étudié aussi des ligands orthostériques et allostériques du récepteur FP des prostaglandines et du récepteur PAF. Un ligand orthostérique peut se comporter comme agoniste ou antagoniste en se fixant au site de liaison du ligand (agoniste) naturel. Un ligand allostérique est un agoniste ou antagoniste se fixant à un site autre que celui du ligand naturel entraînant un changement de conformation ayant pour conséquence soit une augmentation (effecteur positif), soit une diminution (effecteur négatif) de l'activité du ligand naturel.

Modulation allostérique du récepteur FP dans le cancer colorectal

Les prostaglandines modulent d’importants rôles physiologiques. Elles sont aussi impliquées dans le développement d’une variété de conditions pathologiques telles l’inflammation, la douleur et le cancer. La prostaglandine PGF2α et son récepteur (récepteur FP) se trouvent impliqué dans la modulation de nombreuses pathologies tels lors de l’accouchement préterme et le cancer colorectal. Récemment, nous avons fait partie d’un groupe de recherche ayant développé des modulateurs allostériques du récepteur FP. Dans une première étude, l’action du PGF2α sur le déclenchement des contractions myométriales a été évaluée, car peu d’information est connue sur la signalisation de cette prostaglandine lors de l’accouchement. Ainsi, nous avons utilisé un peptidomimétique de la deuxième boucle extracellulaire, dénommée PDC113.824. Nos résultats ont démontré que le PDC113.824 permettait de retarder la mise bas chez des souris gestantes, mais agissait de manière différente sur les multiples voies de signalisation de la PGF2α. Ainsi, le PDC113.824 inhibait la voie RhoA-ROCK, dépendante de l’activation de la protéine Gα12 par le. Les protéines RhoA-ROCK sont des acteurs clés dans le remodelage du cytosquelette d’actine et des contractions myométriales lors de l’accouchement. De plus, le PDC113.824 en présence de PGF2α agit comme un modulateur positif sur la voie dépendante de l’activation de la protéine Gαq. Le PDC113.824 serait donc un modulateur allostérique non compétitif possédant des actions à la fois de modulateurs positifs et négatifs sur la signalisation du récepteur FP Dans une seconde étude, des analogues du PDC113.824 ont été conçus et analysés dans un second modèle pathologique, le cancer colorectal. Ce cancer possède de hauts niveaux de récepteur FP. Nous avons donc étudié le rôle du récepteur FP dans le développement et la progression du cancer colorectal et l’effet de modulateurs allostériques. Il est généralement accepté que dans le cancer colorectal, la prostaglandine PGE2 permet la croissance et l’invasion tumorale, ainsi que l’angiogenèse. Toutefois, peu d’informations sont connues sur le rôle du PGF2α dans le cancer colorectal. C’est dans ce contexte que nous avons décidé d’examiner la contribution de ce récepteur dans la progression du cancer colorectal et cherché à déterminer si la modulation des fonctions du récepteur FP a un impact sur la croissance de tumeurs colorectales. Nos recherches ont révélé que l’activation du récepteur FP permet la migration et la prolifération de plusieurs lignées cellulaires humaines et murines d’adénocarcinomes colorectaux. Dans ce contexte, nos expériences ont démontré que la migration des cellules cancéreuses était dépendante de l’activation de la voie Rho. Nos résultats démontrent qu’en effet, l’activation de RhoA, une petite GTPase clé de la voie Gα12, est inhibée de façon sélective par nos composés. De plus, nos molécules allostériques sont également efficaces pour inhiber la voie de signalisation de la ß-caténine, une protéine impliquée dans la genèse du cancer colorectal. In vivo, le traitement de souris avec un des ces modulateurs a permis une inhibition effective de la croissance tumorale. Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent donc que les modulateurs allostériques des récepteurs FP pourraient constituer une nouvelle classe de médicaments utilisés pour le traitement du cancer colorectal.

Genomic organization of the Neurospora crassa gsn gene: possible involvement of the STRE and HSE elements in the modulation of transcription during heat shock

Glycogen synthase, an enzyme involved in glycogen biosynthesis, is regulated by phosphorylation and by the allosteric ligand glucose-6-phosphate (G6P). In addition, enzyme levels can be regulated by changes in gene expression. We recently cloned a cDNA for glycogen synthase (gsn) from Neurospora crassa, and showed that gsn transcription decreased when cells were exposed to heat shock (shifted from 30degreesC to 45degreesC). In order to understand the mechanisms that control gsn expression, we isolated the gene, including its 5' and 3' flanking regions, from the genome of N. crassa. An ORF of approximately 2.4 kb was identified, which is interrupted by four small introns (II-V). Intron I (482 bp) is located in the 5'UTR region. Three putative Transcription Initiation Sites (TISs) were mapped, one of which lies downstream of a canonical TATA-box sequence (5'-TGTATAAA-3'). Analysis of the 5'-flanking region revealed the presence of putative transcription factor-binding sites, including Heat Shock Elements (HSEs) and STress Responsive Elements (STREs). The possible involvement of these motifs in the negative regulation of gsn transcription was investigated using Electrophoretic Mobility Shift Assays (EMSA) with nuclear extracts of N. crassa mycelium obtained before and after heat shock, and DNA fragments encompassing HSE and STRE elements from the 5'-flanking region. While elements within the promoter region are involved in transcription under heat shock, elements in the 5'UTR intron may participate in transcription during vegetative growth. The results thus suggest that N. crassa possesses trans-acting elements that interact with the 5'-flanking region to regulate gsn transcription during heat shock and vegetative growth.

Modulation der Genexpression und des neuronalen Zelltods durch das Amyloid-Vorläufer-Protein (APP)

Das Amyloid-Vorläufer-Protein (APP) spielt eine zentrale Rolle in der Entstehung und Entwicklung von Morbus Alzheimer. Hierbei ist die proteolytische Prozessierung von APP von entscheidender Bedeutung. Das Verhältnis von neurotoxischen und neuroprotektiven Spaltprodukten, die über den amyloidogenen und nicht-amyloidogenen Weg der APP-Prozessierung gebildeten werden, ist für das Überleben von Neuronen und deren Resistenz gegen zytotoxische Stress-Stimuli von hoher Relevanz. Störungen der Calcium-Homöostase sind ein bekanntes Phänomen bei Morbus Alzheimer. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle von überexprimiertem APP in der Regulation des neuronalen Zelltods nach Calcium Freisetzung untersucht. Die Calcium Freisetzung aus dem endoplasmatischen Retikulum wurde durch die Inhibition der sarko- und endoplasmatischen Calcium-ATPasen (SERCA) ausgelöst. Dies führt zur Induktion der sogenannten „unfolded protein response“ (UPR) und zu einer Aktivierung von Effektor-Caspasen. Für APP-überexprimierende PC12 Zellen konnte bereits zuvor eine im Vergleich zur Kontrolle nach der durch Calcium Freisetzung-induzierten Apoptose eine erhöhte intrazelluläre Calcium Konzentration nachgewiesen werden. Über die Messung der Aktivierung von Effektor-Caspasen konnte zudem ein gesteigerter Zelltod in den APP-überexprimierenden Zellen gemessen werden. Zudem konnte gezeigt werden, dass der pro-apoptotische Transkriptionsfaktor CHOP, nicht aber die klassischen UPR-Zielgene spezifisch hochreguliert wurden. Die APP-modulierte gesteigerte Induktion von Apoptose nach Calcium Freisezung konnte durch Komplexierung der intrazellulären Calcium Ionen und durch Knockdown von CHOP im Vergleich zur Kontrolle gänzlich unterdrückt werden. Ferner bewirkte die Inhibition der Speicher-aktivierten Calcium-Kanälen (SOCC) eine signifikante Unterdrückung der beobachteten erhöhten intrazellulären Calcium Konzentration und der gesteigerten Apoptose in den APP-überexprimierenden PC12 Zellen. In diesem Teil der Arbeit konnte eindeutig gezeigt werden, dass APP in der Lage ist den durch Calcium-Freisetzung-induzierten Zelltod zu potenzieren. Diese Modulation durch APP verläuft in einer UPR-unabhängigen Reaktion über die Aktivierung von SOCC’s, einer erhöhten Aufnahme von extrazellulärem Calcium und durch erhöhte Induktion des pro-apoptotischen Transkriptionsfaktors CHOP. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die sAPPα-vermittelte Neuroprotektion untersucht. Dabei handelt es sich um die N-terminale Ektodomäne von APP, die über die Aktivität der α-Sekretase prozessiert wird und anschließend extrazellulär abgegeben wird. Ziel dieser Versuchsreihe war die neuroprotektive physiologische Funktion von APP im Hinblick auf den Schutz von neuronalen Zellen vor diversen für Morbus Alzheimer relevanten Stress-Stimuli bzw. Apoptose-Stimuli zu untersuchen. Durch die Analyse der Effektor-Caspasen konnte gezeigt werden, dass sAPPα in der Lage ist PC12 Zellen potent vor oxidativem Stress, DNA-Schäden, Hypoxie, proteasomalem Stress und Calcium-Freisetzung zu schützen. Außerdem konnte gezeigt werden, dass sAPPα in der Lage ist den pro-apoptotischen Stress-induzierten JNK/Akt-Signalweg zu inhibieren. Eine Beteiligung des anti-apoptotischen PI3K/Akt-Signalwegs bei der sAPPα-vermittelten Protektion konnte über die Inhibition der PI3-Kinase ebenfalls demonstriert werden, die eine Aufhebung der sAPPα-vermittelten Neuroprotektion bewirkte. Diese Daten zeigen neue molekulare Mechanismen auf, die dem sAPPα-vermittelten Schutz vor pathophysiologisch relevanten Stress-Stimuli in neuronalen Zellen zugrunde liegen. Im letzten Teil der Arbeit wurden verschieden Gruppen von pharmakologischen Substanzen im Hinblick auf ihre neuroprotektive Wirkung untersucht und mit ihren Effekten auf den APP-Metabolismus korreliert. Die Untersuchungen ergaben, dass Galantamin, ein schwacher Acetycholinesterase Inhibitor und allosterisch potenzierender Ligand von nikotinischen Acetylcholin-Rezeptoren in der Lage war, naive, und mit noch höherer Effizienz APP-überexprimierende Zelllinien vor dem Stress-induzierten Zelltod zu schützen. Zudem bewirkte Galantamin in APP-überexprimierenden HEK293 Zellen eine rasche Erhöhung der sAPPα Sekretion, so dass hier von einer Rezeptor-vermittelten Modulation des APP Metabolismus ausgegangen werden kann. Omega-3 Fettsäuren wirken sich positiv auf die Membranfluidität von Zellen aus und es konnte bereits gezeigt werden, dass die Bildung des toxischen Aβ Peptids hierdurch vermindert wird. In Analogie zu Galantamin schützte die Omega-3 Fettsäure Docosahexaensäure (DHA) neuronale Zellen vor dem Stress-induzierten Zelltod, wobei der Schutz in APP-überexprimierenden Zellen besonders effizient war. Diese Daten legen nahe, dass die Aktivierung des antiamyloidogenen Wegs der APP-Prozessierung ein viel versprechender Ansatz für die Entwicklung neuer Therapien gegen Morbus Alzheimer sein könnte.

Regulatory mechanism of the light-activable allosteric switch LOV-TAP for the control of DNA binding: a computer simulation study

The spatio-temporal control of gene expression is fundamental to elucidate cell proliferation and deregulation phenomena in living systems. Novel approaches based on light-sensitive multiprotein complexes have recently been devised, showing promising perspectives for the noninvasive and reversible modulation of the DNA-transcriptional activity in vivo. This has lately been demonstrated in a striking way through the generation of the artificial protein construct light-oxygen-voltage (LOV)-tryptophan-activated protein (TAP), in which the LOV-2-Jα photoswitch of phototropin1 from Avena sativa (AsLOV2-Jα) has been ligated to the tryptophan-repressor (TrpR) protein from Escherichia coli. Although tremendous progress has been achieved on the generation of such protein constructs, a detailed understanding of their functioning as opto-genetical tools is still in its infancy. Here, we elucidate the early stages of the light-induced regulatory mechanism of LOV-TAP at the molecular level, using the noninvasive molecular dynamics simulation technique. More specifically, we find that Cys450-FMN-adduct formation in the AsLOV2-Jα-binding pocket after photoexcitation induces the cleavage of the peripheral Jα-helix from the LOV core, causing a change of its polarity and electrostatic attraction of the photoswitch onto the DNA surface. This goes along with the flexibilization through unfolding of a hairpin-like helix-loop-helix region interlinking the AsLOV2-Jα- and TrpR-domains, ultimately enabling the condensation of LOV-TAP onto the DNA surface. By contrast, in the dark state the AsLOV2-Jα photoswitch remains inactive and exerts a repulsive electrostatic force on the DNA surface. This leads to a distortion of the hairpin region, which finally relieves its tension by causing the disruption of LOV-TAP from the DNA.

GABAergic modulation in central sensitization in humans: a randomized placebo-controlled pharmacokinetic-pharmacodynamic study comparing clobazam with clonazepam in healthy volunteers

Positive allosteric modulators of GABAA receptors (GAMs) acting at specific subtypes of GABAA receptors effectively restore compromised spinal pain control in rodents. Studies addressing a similar antihyperalgesic effect in humans are sparse and are hampered by sedative effects of nonselective GAMs available for use in humans. We present results from a randomized controlled double-blind crossover study in 25 healthy volunteers, which addressed potential antihyperalgesic actions of clobazam (CBZ) and clonazepam (CLN) at mildly sedating equianticonvulsive doses. Clobazam was chosen because of its relatively low sedative properties and CLN because of its use in neuropathic pain. Tolterodine (TLT) was used as an active placebo. The primary outcome parameter was a change in the area of cutaneous UVB irradiation-induced secondary hyperalgesia (ASH), which was monitored for 8 hours after drug application. Sedative effects were assessed in parallel to antihyperalgesia. Compared with TLT, recovery from hyperalgesia was significantly faster in the CBZ and CLN groups (P = 0.009). At the time point of maximum effect, the rate of recovery from hyperalgesia was accelerated by CBZ and CLN, relative to placebo by 15.7% (95% confidence interval [CI] 0.8-30.5), P = 0.040, and 28.6% (95% CI 4.5-52.6), P = 0.022, respectively. Active compounds induced stronger sedation than placebo, but these differences disappeared 8 hours after drug application. We demonstrate here that GAMs effectively reduce central sensitization in healthy volunteers. These results provide proof-of-principle evidence supporting efficacy of GAMs as antihyperalgesic agents in humans and should stimulate further research on compounds with improved subtype specificity.

Modulation allostérique du récepteur FP dans le cancer colorectal

Les prostaglandines modulent d’importants rôles physiologiques. Elles sont aussi impliquées dans le développement d’une variété de conditions pathologiques telles l’inflammation, la douleur et le cancer. La prostaglandine PGF2α et son récepteur (récepteur FP) se trouvent impliqué dans la modulation de nombreuses pathologies tels lors de l’accouchement préterme et le cancer colorectal. Récemment, nous avons fait partie d’un groupe de recherche ayant développé des modulateurs allostériques du récepteur FP. Dans une première étude, l’action du PGF2α sur le déclenchement des contractions myométriales a été évaluée, car peu d’information est connue sur la signalisation de cette prostaglandine lors de l’accouchement. Ainsi, nous avons utilisé un peptidomimétique de la deuxième boucle extracellulaire, dénommée PDC113.824. Nos résultats ont démontré que le PDC113.824 permettait de retarder la mise bas chez des souris gestantes, mais agissait de manière différente sur les multiples voies de signalisation de la PGF2α. Ainsi, le PDC113.824 inhibait la voie RhoA-ROCK, dépendante de l’activation de la protéine Gα12 par le. Les protéines RhoA-ROCK sont des acteurs clés dans le remodelage du cytosquelette d’actine et des contractions myométriales lors de l’accouchement. De plus, le PDC113.824 en présence de PGF2α agit comme un modulateur positif sur la voie dépendante de l’activation de la protéine Gαq. Le PDC113.824 serait donc un modulateur allostérique non compétitif possédant des actions à la fois de modulateurs positifs et négatifs sur la signalisation du récepteur FP Dans une seconde étude, des analogues du PDC113.824 ont été conçus et analysés dans un second modèle pathologique, le cancer colorectal. Ce cancer possède de hauts niveaux de récepteur FP. Nous avons donc étudié le rôle du récepteur FP dans le développement et la progression du cancer colorectal et l’effet de modulateurs allostériques. Il est généralement accepté que dans le cancer colorectal, la prostaglandine PGE2 permet la croissance et l’invasion tumorale, ainsi que l’angiogenèse. Toutefois, peu d’informations sont connues sur le rôle du PGF2α dans le cancer colorectal. C’est dans ce contexte que nous avons décidé d’examiner la contribution de ce récepteur dans la progression du cancer colorectal et cherché à déterminer si la modulation des fonctions du récepteur FP a un impact sur la croissance de tumeurs colorectales. Nos recherches ont révélé que l’activation du récepteur FP permet la migration et la prolifération de plusieurs lignées cellulaires humaines et murines d’adénocarcinomes colorectaux. Dans ce contexte, nos expériences ont démontré que la migration des cellules cancéreuses était dépendante de l’activation de la voie Rho. Nos résultats démontrent qu’en effet, l’activation de RhoA, une petite GTPase clé de la voie Gα12, est inhibée de façon sélective par nos composés. De plus, nos molécules allostériques sont également efficaces pour inhiber la voie de signalisation de la ß-caténine, une protéine impliquée dans la genèse du cancer colorectal. In vivo, le traitement de souris avec un des ces modulateurs a permis une inhibition effective de la croissance tumorale. Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent donc que les modulateurs allostériques des récepteurs FP pourraient constituer une nouvelle classe de médicaments utilisés pour le traitement du cancer colorectal.

Treatment of dementia with neurotransmission modulation

The prevalence of dementia is growing in developed countries where elderly patients are increasing in numbers. Neurotransmission modulation is one approach to the treatment of dementia. Cholinergic precursors, anticholinesterases, nicotine receptor agonists and muscarinic M-2 receptor antagonists are agents that enhance cholinergic neurotransmission and that depend on having some intact cholinergic innervation to be effective in the treatment of dementia. The cholinergic precursor choline alfoscerate may be emerging as a potential useful drug in the treatment of dementia, with few adverse effects. Of the anticholinesterases, donepezil, in addition to having a similar efficacy to tacrine in mild-to-moderate Alzheimer's disease (AD), appears to have major advantages; its use is associated with lower drop-out rates in clinical trials, a lower incidence of cholinergic-like side effects and no liver toxicity. Rivastigmine is efficacious in the treatment in dementia with Lewy bodies, a condition in which the other anticholinesterases have not been tested extensively to date. Galantamine is an anticholinesterase and also acts as an allosteric potentiating modulator at nicotinic receptors to increase the release of acetylcholine. Pooled data from clinical trials of patients with mild-to-moderate AD suggest that the benefits and safety profile of galantamine are similar to those of the anticholinesterases. Selective nicotine receptor agonists are being developed that enhance cognitive performance without influencing autonomic and skeletal muscle function, but these have not yet entered clinical trial for dementia. Unlike the cholinergic enhancers, the M, receptor agonists do not depend upon intact cholinergic nerves but on intact M, receptors for their action, which are mainly preserved in AD and dementia with Lewy bodies. The M, receptor-selective agonists developed to date have shown limited efficacy in clinical trials and have a high incidence of side effects. A major recent advancement in the treatment of dementia is memantine, a non-competitive antagonist at NMDA receptors. Memantine is beneficial in the treatment of severe and moderate to-severe AD and may also be of some benefit in the treatment of mild-to-moderate vascular dementia. Drugs that modulate 5-HT, somatostatin and noradrenergic neurotransmission are also being considered for the treatment of dementia.