Small molecule-mediated upregulation of G3BP1 as a therapy for ALS

Abstract

Les troubles neurodégénératifs, tels que la sclérose latérale amyotrophique (SLA) et la démence frontotemporale (DFT), ont été associés aux protéines de liaison à l'ARN (RBP). Les principales caractéristiques de la SLA sont l'agrégation d'une protéine de liaison à l'ARN appelée protéine de liaison TAR (TDP-43). Il a été démontré que TDP-43 se lie à G3BP1, un facteur de nucléation pour l'assemblage des granules de stress, pour le stabiliser. Les granules de stress sont des structures séparées par phases qui se forment dans des conditions stressantes et favorisent la survie cellulaire. Une altération de l’assemblage des granules de stress et une réduction du G3BP1 sont signalées dans la SLA. Cette réduction est due à un défaut dans les transcriptions codantes pour G3BP1 stabilisant TDP-43. Par conséquent, une réponse défaillante des granules de stress pourrait jouer un rôle majeur dans la maladie. Ainsi, ce projet de recherche se concentre sur la restauration de G3BP1, dont la déplétion est liée à la perte de fonction de TDP-43. En utilisant des composés de petites molécules identifiés lors d'une campagne de dépistage de médicaments, nous cherchons à augmenter l'expression de G3BP1, rétablissant ainsi le mécanisme SG endogène et favorisant la survie neuronale. La découverte de candidats principaux (NPX-047, NPX-000-115 et NPX-001-280) qui sauvent efficacement l'expression et la fonction de G3BP1 est prometteuse pour des thérapies potentielles contre la SLA. Ces composés ont été testés sur des cellules SHSY5Y traitées avec du si-TDP, mais aucune récupération de l'ARNm de G3BP1 n'a été observée malgré des niveaux plus élevés de signaux de luciférase. Ainsi, une enquête approfondie sur les divergences dans nos résultats constitue notre prochaine étape, ce qui n’a pas été possible pendant la durée limitée de cette mémoire. De plus, les cibles non ciblées de ces composés seront étudiées à l’aide du séquençage Bru Chase. Dans l’ensemble, cette étude explore de nouvelles stratégies pour restaurer l’expression de G3BP1, offrant ainsi une voie potentielle d’intervention thérapeutique dans la SLA.

Neurodegenerative disorders, such as Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) and Frontotemporal Dementia (FTD), have been associated with RNA-binding proteins (RBPs). Major hallmark of ALS is aggregation of an RNA-binding protein called TAR binding protein (TDP-43). TDP-43 has shown to bind to G3BP1, a nucleating factor for stress granule assembly, to stabilize it. Stress granules (SGs) are phase separated structures that form under stressful conditions and promote cell survival. Impaired stress granules assembly and reduced G3BP1 is reported in ALS. This reduction is due to a defect in TDP-43 stabilizing G3BP1 encoding transcripts; thus, a failed stress granule response could have a major role in the disease. Thus, this research focuses on restoring G3BP1, whose depletion is linked to TDP-43 loss of function. By utilizing small-molecule compounds identified through a drug screening campaign, we seek to increase G3BP1 expression, consequently reinstating the endogenous SG mechanism and promoting neuronal survival. The discovery of lead candidates (NPX-047, NPX-000-115, and NPX-001-280) that effectively rescue G3BP1 expression and function offers promise for potential ALS therapies. These compounds were tested on SH-SY5Y cells treated with si-TDP however no rescue of G3BP1 mRNA was observed despite higher levels of luciferase signals. Thus, in-depth investigation of discrepancies in our results is our next step which was not possible during the limited timeline of this thesis. In addition, off-targets of these compounds will be investigated using BruChase-sequencing. Overall, this study explores novel strategies to restore G3BP1 expression, providing a potential avenue for therapeutic intervention in ALS.