SERT x DAT

引言 室管膜瘤（EPN）是一种缺乏靶向治疗且耐化疗的侵袭性儿童脑肿瘤，可依据遗传和表观遗传改变将EPN分为至少九种分子亚型，其中，大约70%的幕上EPN（ST-EPN）的特征是ZFTA和RELA之间的基因融合（以下简称ZRFUS）【1, 2】，与其他形式的ST-EPN相比，其无进展生存期更低。研究表明，ZRFUS可作为一种异常转录因子发挥作用，招募染色质修饰剂激活与神经发育相关的致癌转录程序【3, 4】，但详细机制仍然未知。此外，研究表明5-羟色胺可整合到组蛋白中作为表观遗传标记调节神经元和星形胶质细胞的基因表达【5, 6】，提示神经元可能通过释放附着在组蛋白上的神经活性物质来重塑肿瘤表观基因组，但EPN是否以及如何受到此影响仍未研究清楚。 近日，来自美国贝勒医学院的Benjamin Deneen团队等在Nature杂志合作发表了一篇题为Histone serotonylation regulates ependymoma tumorigenesis 的文章，他们将组蛋白5-羟色胺化确定为EPN肿瘤发生的关键驱动因素，并揭示了神经元信号传导、神经表观基因组学和发育程序如何相互交织以驱动脑恶性肿瘤。 为了解ZRFUS如何促进EPN肿瘤发生，他们比较了ZRFUS驱动的EPN肿瘤患者与非融合患者的转录组学特征，发现神经元异常激活可能驱动EPN肿瘤发生。于是他们基于DREADD技术选择性激活皮质兴奋性或抑制性神经元并以BrdU掺入作为肿瘤细胞增殖的指标，发现皮质兴奋性神经元激活可促进ZRFUS EPN肿瘤发生。通过对人和小鼠ZRFUS EPN肿瘤染色，他们发现5-羟色胺转运蛋白SLC6A4表达增加，但多巴胺转运蛋白SLC6A3无明显变化，提示5-羟色胺水平可能影响EPN肿瘤发生。为操纵大脑中5-羟色胺水平，他们继续利用DREADD技术激活中缝背核（dRN）中5-羟色胺能神经元，发现激活后肿瘤中细胞增殖显著减少，肿瘤总体积也减少，提示dRN中5-羟色胺能神经元活性抑制EPN肿瘤进展，即不同神经元亚群的激活对肿瘤进展存在相反影响。 那么EPN细胞如何响应5-羟色胺呢？基于5-羟色胺可附着在组蛋白中调节神经元和星形胶质细胞基因表达【5, 6】的研究结果，他们利用特异性抗体检测ZRFUS EPN中的组蛋白5-羟色胺化（H3K4me3Q5ser, H3-5HT），发现H3-5HT显著增加，然而，阻断肿瘤中的H3-5HT却能显著抑制肿瘤形成，与其在微环境中抑制生长的作用相反。由于5-羟色胺转运蛋白SLC6A4在ZRFUS EPN中表达，他们推测减少5-羟色胺转运是否会影响肿瘤发生和H3-5HT状态，用CRISPR-Cas9敲除后，肿瘤中细胞增殖减少且H3-5HT水平降低。考虑到H3-5HT作为驱动基因表达的活性组蛋白标记，他们利用ChIP-seq评估H3-5HT在肿瘤整个基因组中的分布，发现H3-5HT参与几个与发育相关的转录因子的调节。于是他们将这些转录因子在ZRFUS EPN模型中分别过表达，发现ETV5的过表达显著增强了肿瘤细胞增殖并降低小鼠存活率。ETV5在EPN肿瘤发生中的作用此前尚未被研究过，于是他们检测了其调节基因表达和染色质状态的机制。ChIP-seq结果显示，ETV5过表达肿瘤中活性H3K27ac峰减少，而抑制性H3K27me3峰增加，即ETV5可促进ZRFUS EPN中抑制性H3K27三甲基化特征。 接下来，该团队通过比较ETV5过表达肿瘤和对照组的RNA-seq结果来鉴定ETV5下游效应基因，发现神经肽Y（NPY）显著下调，虽然NPY在EPN中的作用尚未明确，但其已被证明与多种恶性肿瘤相关。由于ETV5促进肿瘤进展，而NPY在ETV5肿瘤中下调，因而假设其过表达会抑制EPN肿瘤生长，根据BrdU掺入结果，ZRFUS EPN模型中NPY过表达确实能抑制细胞增殖并延长小鼠总体存活率。为进一步了解NPY如何抑制肿瘤，他们对NPY过表达肿瘤进行RNA-seq分析，发现有关突触发育和突触信号传导的基因下调最明显，提示EPN肿瘤释放的NPY影响微环境的突触组织，且肿瘤边缘的兴奋性突触减少而抑制性突触增加。 模式图（Credit: Nature） 综上所述，这项工作证明5-羟色胺能神经元的活性可调节EPN肿瘤发生，ETV5促进抑制性染色质状态，被抑制的ETV5靶标之一是NPY，它通过神经元的旁分泌信号传导来抑制EPN进展和大脑过度活跃。这些研究强调了神经活性化合物和脑肿瘤之间相互作用的重要性。考虑到组蛋白5-羟色胺化发生在星形胶质细胞和神经元中，这种调节也可能存在于其他类型的脑肿瘤中。 参考文献 1. Pajtler, K. W. et al. Molecular classification of ependymal tumors across all CNS compartments, histopathological grades, and age groups. Cancer Cell 27, 728–743 (2015). 2. Parker, M. et al. C11orf95–RELA fusions drive oncogenic NF-κB signalling in ependymoma. Nature506, 451–455 (2014). 3. Arabzade, A. et al. ZFTA-RELA dictates oncogenic transcriptional programs to drive aggressive supratentorial ependymoma. Cancer Discov. 11, 2200–2215 (2021). 4. Kupp, R. et al. ZFTA translocations constitute ependymoma chromatin remodeling and transcription factors. Cancer Discov. 11, 2216–2229 (2021). 5. Farrelly, L. A. et al. Histone serotonylation is a permissive modification that enhances TFIID binding to H3K4me3. Nature567, 535–539 (2019). 6. Sardar, D. et al. Induction of astrocytic Slc22a3 regulates sensory processing through histone serotonylation. Science 380, eade0027 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07751-z 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

引言 去甲肾上腺素（Noradrenaline, NA）是神经系统中重要的单胺类神经递质。在中枢神经系统中，去甲肾上腺素能神经元起始于脑干中一个名为“蓝斑核”的细胞核团，并广泛投射至大脑的其他区域，调节情绪，注意力，记忆，性欲等多种神经活动。此外，NA在背根神经节能够与伤害传入神经元上的α2A受体结合，抑制疼痛信号的传递。在去甲肾上腺素能神经元中，NA由突触前膜释放到突触间隙，激活去甲肾上腺素受体，进而启动一系列信号传导过程。定位于突触前膜上的去甲肾上腺素转运体（NET），通过利用细胞内外存在的钠离子和氯离子的浓度梯度，可以将NA重新摄取回突触前神经元内，进而终止神经信号的传递。NET对于NA的回收维持了神经系统中NA水平的平衡，使得神经系统能够正常行使生理功能。目前，临床上有多种小分子药物通过抑制NET 来提高突触间隙 NA 的浓度，进而增强去甲肾上腺素能神经元的信号传递，从而治疗抑郁症、注意力缺陷多动障碍等疾病。此外，多肽类毒素-MrA 能以非竞争方式特异地抑制 NET，通过提高伤害传入神经元的 α2A 受体活性，阻断疼痛信号的传递，展现出显著的镇痛效果。然而，目前对于 NET转运底物以及与不同药物分子结合模式仍不清楚。 图1：去甲肾上腺素能神经元(Credit: Nature) 2024年7月31日，中国科学院生物物理研究所赵岩团队与丹麦哥本哈根大学Claus Loland团队合作在Nature发表一篇题为Transport and inhibition mechanisms of the human noradrenaline transporter 的研究论文。研究人员通过单颗粒冷冻电镜技术解析了人源去甲肾上腺素转运体（NET）在未结合底物（NETapo），结合底物去甲肾上腺素（NETNA）、结合芋螺毒素-MrlA类似物（NETMrlA）、结合安非他酮（NETBPP），以及结合齐拉西酮（NETZPD）的复合物高分辨率结构。这些复合物结构揭示了NET在多种功能状态的结构特征以及不同药物分子的结合模式，深入地阐释了NET的转运机制，并为新型药物的开发提供了结构基础。 研究人员解析了内向开口状态的NETapo及NETNA结构，其分辨率均为2.6 Å。与底物的复合物结构揭示了NET在中心结合位点识别底物NA的机制。与此同时，研究人员还意外地发现在胞外侧存在另外一个构象特异的底物结合位点，该位点只存在于内向开口状态。在外向开口状态，由于局部构象变化，该底物结合位点消失。将该位点相互作用的关键氨基酸突变后，NET的转运活性降低，表明该位点可能对转运功能具有调节作用。此外，NET是依赖于钠离子、氯离子的次级转运蛋白。研究人员解析了NET在不同转运功能状态下离子的结合位点，这为理解离子、底物的结合与构象变化的偶联机制提供了结构基础。 -MrlA是从海洋软体动物芋螺中提取的一种由13个氨基酸组成的多肽类毒素，它是SLC6家族中唯一已知的多肽类抑制剂，也是NET唯一已知的非竞争性抑制剂。基于-MrlA，Xenome公司开发的类似物XEN2174可用于术后疼痛、癌症疼痛和慢性疼痛的治疗。通过解析与-MrlA的复合物结构，研究人员发现-MrlA类似物将NET稳定在外向开口的构象，深入结合在NET胞外的口袋中，和NET形成了广泛的相互作用。与底物结合的复合物结构对比发现，-MrlA的结合位置与底物分子并没有重合，这也从结构水平解释了-MrlA是NET的非竞争性抑制剂。结合结构分析以及突变体功能实验验证，研究人员还揭示了-MrlA选择性抑制NET，但不抑制同家族转运蛋白血清素转运体（Serotonin transporter，SERT）和多巴胺转运体（Dopamine transporter，DAT）的关键结构基础。这些信息为靶向单胺类转运体家族的新型多肽类药物的研究提供了重要的结构基础。 临床上常用的抗抑郁药物包括三环类抑制剂、选择性血清素再摄取抑制剂（SSRI）及血清素-去甲肾上腺素再摄取抑制剂（SNRI）。这些药物主要通过抑制SERT达到治疗抑郁症的效果，但是有时导致一些副作用，如恶心、头痛、失眠和口干等。安非他酮是临床上唯一选择性抑制NET和DAT的抗抑郁药，可以避免抑制SERT带来的副作用。此前的研究发现，抗精神病药物齐拉西酮能够同时抑制NET、DAT和SERT。为了揭示两种药物分子选择性抑制三种单胺类神经递质转运蛋白的分子机制，研究人员解析了NET与安非他酮及齐拉西酮复合物结合。结构分析发现，与经典的抗抑郁药物不同，安非他酮和齐拉西酮都结合在NET朝向胞内侧开口的结合口袋中。通过比较两种药物分子的结合模式，研究人员发现安非他酮的正辛基团和齐拉西酮的乙基都位于TM6和TM8之间的卡口中。相比之下，安非他酮的正辛基团体积较齐拉西酮的乙基更大。在SERT中，由于卡口一侧的氨基酸从甘氨酸变为丙氨酸，该卡口变得更加狭窄，导致安非他酮无法有效抑制SERT，但这一变化并未影响齐拉西酮的抑制效果。这些发现为靶向MATs药物开发提供了关键信息。 图2：NET的转运循环及多种抑制模式(Credit: Nature) 参考文献 https://www.nature.com/articles/s41586-024-07638-z 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

July 24, 2024 -- ConSynance Therapeutics, Inc., a clinical-stage biopharmaceutical company developing first-in-class therapies for rare central nervous system (CNS) disorders, today announced that the U.S. Food and Drug Administration (FDA) has granted Rare Pediatric Disease Designation (RPDD) to its investigational drug CSTI-500 for the treatment of Prader-Willi Syndrome (PWS) in children and adolescents. “Receiving RPDD from the FDA is a significant regulatory milestone for ConSynance as we prepare for the Phase 2 study of CSTI-500 for PWS,” said Shuang Liu, PhD, Founder and CEO of ConSynance. “PWS is a rare neurodevelopmental disorder characterized by hyperphagia and severe temper outbursts, among other neuropsychiatric behaviors. CSTI-500 targets the imbalance of three key neurotransmitters, serotonin, dopamine and norepinephrine associated with these behaviors. CSTI-500 stands out as the first drug candidate for PWS designed to address both hyperphagia and severe temper outbursts, providing a potential breakthrough and comprehensive treatment solution for this challenging disorder.” The FDA defines rare pediatric diseases as conditions affecting fewer than 200,000 individuals in the United States, which are serious or life-threatening and primarily impact those under 18 years of age. This designation makes ConSynance eligible to receive a transferable Priority Review Voucher if CSTI-500 receives FDA approval for PWS. Priority Review Vouchers have recently sold for approximately $100 million, highlighting their significant value. More About CSTI-500: CSTI-500 is a phase 2-ready, first-in-class, orally administered Triple Monoamine Reuptake Inhibitor (TRI). It is designed to optimally increase the levels of three critical neurotransmitters, serotonin, dopamine, and norepinephrine in the synaptic clefts of neurons. Human and animal data suggest that PWS is associated with low levels of these neurotransmitters. Deficiencies in these neurotransmitters are also implicated in many other neuropsychiatric disorders, as evidenced by the approval of selective serotonin reuptake inhibitors, selective norepinephrine reuptake inhibitors, and dopamine norepinephrine reuptake inhibitors in conditions like binge eating disorder (BED), obsessive compulsive disorders (OCD), attention deficit hyperactivity disorder (ADHD), among others. CSTI-500 has demonstrated brain target engagement in healthy volunteers via positron emission tomography (PET). These data, along with the corresponding pharmacokinetics data, predict the efficacy of CSTI-500 in PWS and other neuropsychiatric indications, and enable a personalized dosing approach to ensure optimal safety and efficacy. CSTI-500 has been studied in nearly 100 humans across three Phase 1 clinical trials, including 10 PWS patients, setting the stage for a Phase 2 study expected to commence in 2025. About PWS: PWS is a rare, complex genetic neurodevelopmental disorder that affects approximately 1 in 15,000 live births. Initially characterized by severe hypotonia and failure to thrive, it evolves into a life-threatening hyperphagia beginning in early childhood, compounded by other debilitating neuropsychiatric behaviors, notably severe temper outbursts. Despite significant challenges faced by PWS patients and their families, there are currently no approved therapies that address the core dysfunctional brain networks associated with abnormal levels of monoamines and consequent neuropsychiatric behaviors in PWS. Normalizing these neurotransmitters may restore functional neural circuits, alleviating hyperphagia, temper outbursts, among other behavioral symptoms that significantly impact the patients and their families. About ConSynance Therapeutics: ConSynance is a New York-based biopharmaceutical company dedicated to developing innovative therapies for rare CNS disorders. ConSynance is a member of the PWS Clinical Trial Consortium and engaged in an ongoing partnership with Harmony Biosciences to develop HBS-102 (formerly known as CSTI-100) for the treatment of a variety of rare neurological diseases. These partnerships underscore the company's collaborative approach and its drive to bring effective therapies to patients in need. The content above comes from the network. if any infringement, please contact us to modify.