A RaPID Macrocyclic Peptide That Inhibits the Formation of α-Synuclein Amyloid Fibrils.
Parkinson's disease
RaPID screening
alpha-synuclein
amyloid
inhibitor
Journal
Chembiochem : a European journal of chemical biology
ISSN: 1439-7633
Titre abrégé: Chembiochem
Pays: Germany
ID NLM: 100937360
Informations de publication
Date de publication:
15 06 2023
15 06 2023
Historique:
received:
21
04
2023
medline:
16
6
2023
pubmed:
15
5
2023
entrez:
15
5
2023
Statut:
ppublish
Résumé
There is considerable interest in drug discovery targeting the aggregation of α-synuclein (αSyn) since this molecular process is closely associated with Parkinson's disease. However, inhibiting αSyn aggregation remains a major challenge because of its highly dynamic nature which makes it difficult to form a stable binding complex with a drug molecule. Here, by exploiting Random non-standard Peptides Integrated Discovery (RaPID) system, we identified a macrocyclic peptide, BD1, that could interact with immobilized αSyn and inhibit the formation of fibrils. Furthermore, improving the solubility of BD1 suppresses the co-aggregation with αSyn fibrils while it kinetically inhibits more effectively without change in their morphology. We also revealed the molecular mechanism of kinetic inhibition, where peptides bind to fibril ends of αSyn, thereby preventing further growth of fibrils. These results suggest that our approach for generating non-standard macrocyclic peptides is a promising approach for developing potential therapeutics against neurodegeneration.
Identifiants
pubmed: 37186077
doi: 10.1002/cbic.202300320
doi:
Substances chimiques
alpha-Synuclein
0
Amyloid
0
Peptides
0
Types de publication
Journal Article
Research Support, Non-U.S. Gov't
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e202300320Informations de copyright
© 2023 The Authors. ChemBioChem published by Wiley-VCH GmbH.
Références
T. M. Dawson, V. L. Dawson, Science 2003, 302, 819-822;
U. Dettmer, D. Selkoe, T. Bartels, Curr. Opin. Neurobiol. 2016, 36, 15-22;
T. P. Knowles, M. Vendruscolo, C. M. Dobson, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2014, 15, 384-396.
V. M. Lee, J. Q. Trojanowski, Neuron 2006, 52, 33-38;
M. Perni, C. Galvagnion, A. Maltsev, G. Meisl, M. B. Muller, P. K. Challa, J. B. Kirkegaard, P. Flagmeier, S. I. Cohen, R. Cascella, S. W. Chen, R. Limbocker, P. Sormanni, G. T. Heller, F. A. Aprile, N. Cremades, C. Cecchi, F. Chiti, E. A. Nollen, T. P. Knowles, M. Vendruscolo, A. Bax, M. Zasloff, C. M. Dobson, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2017, 114, E1009-E1017;
B. M. Burmann, J. A. Gerez, I. Matecko-Burmann, S. Campioni, P. Kumari, D. Ghosh, A. Mazur, E. E. Aspholm, D. Sulskis, M. Wawrzyniuk, T. Bock, A. Schmidt, S. G. D. Rudiger, R. Riek, S. Hiller, Nature 2020, 577, 127-132.
G. Toth, S. J. Gardai, W. Zago, C. W. Bertoncini, N. Cremades, S. L. Roy, M. A. Tambe, J. C. Rochet, C. Galvagnion, G. Skibinski, S. Finkbeiner, M. Bova, K. Regnstrom, S. S. Chiou, J. Johnston, K. Callaway, J. P. Anderson, M. F. Jobling, A. K. Buell, T. A. Yednock, T. P. Knowles, M. Vendruscolo, J. Christodoulou, C. M. Dobson, D. Schenk, L. McConlogue, PLoS One 2014, 9, e87133.
J. T. Jarrett, P. T. Lansbury, Jr., Cell 1993, 73, 1055-1058;
H. Kitayama, Y. Yoshimura, M. So, K. Sakurai, H. Yagi, Y. Goto, Biochim. Biophys. Acta 2013, 1834, 2640-2646;
T. Ikenoue, Y. H. Lee, J. Kardos, H. Yagi, T. Ikegami, H. Naiki, Y. Goto, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2014, 111, 6654-6659;
Y. Lin, Y. H. Lee, Y. Yoshimura, H. Yagi, Y. Goto, Langmuir 2014, 30, 1845-1854.
N. Cremades, S. I. Cohen, E. Deas, A. Y. Abramov, A. Y. Chen, A. Orte, M. Sandal, R. W. Clarke, P. Dunne, F. A. Aprile, C. W. Bertoncini, N. W. Wood, T. P. Knowles, C. M. Dobson, D. Klenerman, Cell 2012, 149, 1048-1059;
P. Alam, L. Bousset, R. Melki, D. E. Otzen, J. Neurochem. 2019, 150, 522-534.
P. Arosio, T. C. Michaels, S. Linse, C. Mansson, C. Emanuelsson, J. Presto, J. Johansson, M. Vendruscolo, C. M. Dobson, T. P. Knowles, Nat. Commun. 2016, 7, 10948;
J. Habchi, P. Arosio, M. Perni, A. R. Costa, M. Yagi-Utsumi, P. Joshi, S. Chia, S. I. A. Cohen, M. B. D. Muller, S. Linse, E. A. A. Nollen, C. M. Dobson, T. P. J. Knowles, M. Vendruscolo, Sci. Adv. 2016, 2;
J. Habchi, S. Chia, R. Limbocker, B. Mannini, M. Ahn, M. Perni, O. Hansson, P. Arosio, J. R. Kumita, P. K. Challa, S. I. Cohen, S. Linse, C. M. Dobson, T. P. Knowles, M. Vendruscolo, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2017, 114, E200-E208;
F. A. Aprile, P. Sormanni, M. Perni, P. Arosio, S. Linse, T. P. J. Knowles, C. M. Dobson, M. Vendruscolo, Sci. Adv. 2017, 3, e1700488;
S. I. A. Cohen, P. Arosio, J. Presto, F. R. Kurudenkandy, H. Biverstal, L. Dolfe, C. Dunning, X. Yang, B. Frohm, M. Vendruscolo, J. Johansson, C. M. Dobson, A. Fisahn, T. P. J. Knowles, S. Linse, Nat. Struct. Mol. Biol. 2015, 22, 207-213;
A. Munke, J. Persson, T. Weiffert, E. De Genst, G. Meisl, P. Arosio, A. Carnerup, C. M. Dobson, M. Vendruscolo, T. P. J. Knowles, S. Linse, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2017, 114, 6444-6449.
V. Armiento, A. Spanopoulou, A. Kapurniotu, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 3372-3384;
T. Arai, T. Araya, D. Sasaki, A. Taniguchi, T. Sato, Y. Sohma, M. Kanai, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 8236-8239;
P. N. Cheng, C. Liu, M. Zhao, D. Eisenberg, J. S. Nowick, Nat. Chem. 2012, 4, 927-933.
T. Ikenoue, F. A. Aprile, P. Sormanni, F. S. Ruggeri, M. Perni, G. T. Heller, C. P. Haas, C. Middel, R. Limbocker, B. Mannini, T. C. T. Michaels, T. P. J. Knowles, C. M. Dobson, M. Vendruscolo, Sci. Rep. 2020, 10, 15280;
P. Sormanni, F. A. Aprile, M. Vendruscolo, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2015, 112, 9902-9907.
G. T. Heller, P. Sormanni, M. Vendruscolo, Trends Biochem. Sci. 2015, 40, 491-496;
G. T. Heller, M. Bonomi, M. Vendruscolo, J. Mol. Biol. 2018, 430, 2288-2292;
G. T. Heller, F. A. Aprile, T. C. T. Michaels, R. Limbocker, M. Perni, F. S. Ruggeri, B. Mannini, T. Lohr, M. Bonomi, C. Camilloni, A. De Simone, I. C. Felli, R. Pierattelli, T. P. J. Knowles, C. M. Dobson, M. Vendruscolo, Sci. Adv. 2020, 6, eabb5924.
M. D. Tuttle, G. Comellas, A. J. Nieuwkoop, D. J. Covell, D. A. Berthold, K. D. Kloepper, J. M. Courtney, J. K. Kim, A. M. Barclay, A. Kendall, W. Wan, G. Stubbs, C. D. Schwieters, V. M. Lee, J. M. George, C. M. Rienstra, Nat. Struct. Mol. Biol. 2016, 23, 409-415;
B. Li, P. Ge, K. A. Murray, P. Sheth, M. Zhang, G. Nair, M. R. Sawaya, W. S. Shin, D. R. Boyer, S. Ye, D. S. Eisenberg, Z. H. Zhou, L. Jiang, Nat. Commun. 2018, 9, 3609.
K. Ito, T. Passioura, H. Suga, Molecules 2013, 18, 3502-3528.
Y. Goto, T. Katoh, H. Suga, Nat. Protoc. 2011, 6, 779-790.
S. Chen, D. Bertoldo, A. Angelini, F. Pojer, C. Heinis, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 1602-1606;
A. Angelini, L. Cendron, S. Chen, J. Touati, G. Winter, G. Zanotti, C. Heinis, ACS Chem. Biol. 2012, 7, 817-821;
N. Bionda, R. Fasan, ChemBioChem 2015, 16, 2011-2016.
S. I. Cohen, S. Linse, L. M. Luheshi, E. Hellstrand, D. A. White, L. Rajah, D. E. Otzen, M. Vendruscolo, C. M. Dobson, T. P. Knowles, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2013, 110, 9758-9763;
T. C. T. Michaels, A. Saric, J. Habchi, S. Chia, G. Meisl, M. Vendruscolo, C. M. Dobson, T. P. J. Knowles, Annu. Rev. Phys. Chem. 2018, 69, 273-298.
M. Adachi, M. Noji, M. So, K. Sasahara, J. Kardos, H. Naiki, Y. Goto, J. Biol. Chem. 2018, 293, 14775-14785;
T. Miti, M. Mulaj, J. D. Schmit, M. Muschol, Biomacromolecules 2015, 16, 326-335;
Y. Yoshimura, Y. Lin, H. Yagi, Y. H. Lee, H. Kitayama, K. Sakurai, M. So, H. Ogi, H. Naiki, Y. Goto, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2012, 109, 14446-14451;
M. Adachi, M. So, K. Sakurai, J. Kardos, Y. Goto, J. Biol. Chem. 2015, 290, 18134-18145.
V. N. Uversky, F1000Research 2017, 6, 525;
T. Bachhuber, N. Katzmarski, J. F. McCarter, D. Loreth, S. Tahirovic, F. Kamp, C. Abou-Ajram, B. Nuscher, A. Serrano-Pozo, A. Muller, M. Prinz, H. Steiner, B. T. Hyman, C. Haass, M. Meyer-Luehmann, Nat. Med. 2015, 21, 802-807;
B. K. Choi, J. Y. Kim, M. Y. Cha, I. Mook-Jung, Y. K. Shin, N. K. Lee, Biochemistry 2015, 54, 1831-1840;
U. Sengupta, M. J. Guerrero-Munoz, D. L. Castillo-Carranza, C. A. Lasagna-Reeves, J. E. Gerson, A. A. Paulucci-Holthauzen, S. Krishnamurthy, M. Farhed, G. R. Jackson, R. Kayed, Biol. Psychiatry 2015, 78, 672-683;
G. M. Pocas, J. Branco-Santos, F. Herrera, T. F. Outeiro, P. M. Domingos, Hum. Mol. Genet. 2015, 24, 1898-1907.
G. T. Heller, F. A. Aprile, M. Bonomi, C. Camilloni, A. De Simone, M. Vendruscolo, J. Mol. Biol. 2017, 429, 2772-2779.
V. V. Shvadchak, K. Afitska, D. A. Yushchenko, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 5690-5694;
E. D. Agerschou, V. Borgmann, M. M. Wordehoff, W. Hoyer, Chem. Sci. 2020, 11, 11331-11337;
Y. Ohhashi, Y. Hagihara, G. Kozhukh, M. Hoshino, K. Hasegawa, I. Yamaguchi, H. Naiki, Y. Goto, J. Biochem. 2002, 131, 45-52.
H. H. Lee, T. S. Choi, S. J. Lee, J. W. Lee, J. Park, Y. H. Ko, W. J. Kim, K. Kim, H. I. Kim, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7461-7465;
S. A. Sievers, J. Karanicolas, H. W. Chang, A. Zhao, L. Jiang, O. Zirafi, J. T. Stevens, J. Munch, D. Baker, D. Eisenberg, Nature 2011, 475, 96-100.