A study was recently reported in the press as showing promise for a cure for ALS. Although the content reported by the press is accurate, the interpretation by members of the ALS community is wrong: There is no way (yet) to cure ALS, but on the other hand the study reinforces and clarifies the long-suspected link between ALS and metabolism.

About 10 to 20% of cases of amyotrophic lateral sclerosis are familial, with the C9orf72 mutation being the most common cause of familial ALS. The pathological mechanisms of the C9orf72 mutation in ALS remain unclear. Indeed, the loss of function induced by a mutation of C9orf72 alone does not contribute to the deficits of lysosomal rapid axonal transport in C9orf72 motor neurons derived from stem cells.

Enormous energy needs The processes involved in the functioning of motor neurons are all very energy consuming, which raises the question of whether alterations in energy metabolism contribute to defective axonal transport. Apart from alterations in the microtubule machinery observed in a rare mutation causing ALS: FUS, until the present study, however, it had not been shown that the metabolism of motor neurons from ALS patients differed from those of healthy motor neurons.

OXPHOS is the metabolic pathway of mitochondria For their energy supply, neurons, unlike astrocytes, are primarily dependent on mitochondrial oxidative phosphorylation. Oxidative phosphorylation (or OXPHOS) is the metabolic pathway in which cells use enzymes to catalyze the oxidation of nutrients, releasing the energy needed to form ATP. In almost all aerobic eukaryotes, oxidative phosphorylation takes place within the mitochondria. During oxidative phosphorylation, electrons are transferred from electron donors to electron acceptors, such as oxygen, via redox reactions. These redox reactions release energy which is used to form ATP. This is a very efficient route for generating energy, compared to other processes using fermentation such as anaerobic glycolysis.

The importance of energy from mitochondria in axonal transport The extraordinary length of motor neuron axons - 20,000 times longer than the diameter of their soma - suggests a particular metabolic vulnerability of motor neurons to deficits in key processes involved in maintaining axon form and function.

The transport of mitochondrial cargo, unlike vesicular transport, depends on the availability of mitochondrial ATP. Defective transport of the cargo to the distal axon has been reported in several types of ALS, and not just in genes involved in the transport of proteins in the axon. It is well established from animal models of ALS that axon targeting results in delay in disease progression and improved survival and that prevention of motor neuron loss only, but not axonal degeneration, is insufficient to promote patient survival.

Demonstration of a modified axonal transport To better understand this question, the scientists studied induced pluripotent stem cell lines derived from autopsy of patients containing the most common mutation causing ALS, C9orf72. These stem cells have been matured into motor neurons. They then demonstrate that motor neurons affected by the C9orf72 mutation have (in vitro) shorter axons, an axonal transport of the mitochondrial cargo which is altered and a modified mitochondrial metabolism.

The scientists then show that this deregulation is selective for the spinal (motor) neurons of the anterior horn, and is absent in the spinal (sensory) neurons of the dorsal horn (deregulation in the spinal motor neurons of the ventral horn, but not in sensory neurons of the corresponding dorsal horn).

Gene therapy manipulating PGC1α restores a good phenotype of mutated motor neurons and their axons The scientists then carried out by gene therapy an alteration of the genome of the mitochondria in the motor neurons carrying the C9orf72 mutation which are derived from stem cells. This alteration of the genome corrected the metabolic deficit and also saved axonal length and transport phenotypes.

The scientists were able to stimulate mitochondrial function (and biogenesis) through the manipulation of its main regulator, PGC1α, leading to the rescue of axonal phenotypes, providing a new mechanical link between mitochondrial bioenergetics. and axonal dysfunction.

A link with TDP-43? These data suggest that targeting the PGC1α pathway may be highly relevant for neurodegeneration, as it is possible that there are other mechanisms leading to axonal dysfunctions observed in motor neurons with the C9orf72 mutation. For example, recent findings show that the repeated proteins of the C9orf72 dipeptide can lead to cytoplasmic aggregation of TDP-43. Thus, the pathology of TDP-43, observed in the vast majority of ALS cases, including C9orf72, modulates mitochondrial homeostasis by regulating the processing of mitochondrial transcriptions.

Conversely, TDP-43 exerts a toxicity by penetrating into the mitochondria and by specifically altering the OXPHOS I complex and by inhibiting its translation which causes mitochondrial dysfunction.

Finally, recent work from Onesto et al. showed that there is compensatory mitochondrial biogenesis, as evidenced by the upregulation of PGC1α, in dermal fibroblasts derived from patients with the C9orf72 mutation in ALS.

This suggests that despite the deleterious effects of the mutation, most cell types can compensate for mitochondrial dysfunction by stimulating biogenesis. The specific vulnerability to motor neurons could result in part from an inability of motorneurones to modulate this homeostatic mechanism when they face too much energy expenditure.

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This book retraces the main achievements of ALS research over the last 30 years, presents the drugs under clinical trial, as well as ongoing research on future treatments likely to be able stop the disease in a few years and to provide a complete cure in a decade or two.

Une étude a été récemment rapportée dans la presse comme prometteuse pour guérir de la SLA. Bien que le contenu rapporté par la presse soit exact, l'interprétation par des membres de la communauté SLA est erronée: Il n'y a pas (encore) de piste pour guérir de la SLA, mais par contre l'étude renforce et précise le lien que l'on soupçonne depuis longtemps entre la SLA et le métabolisme.

Environ 10 à 20% des cas de sclérose latérale amyotrophique sont familiaux, la mutation C9orf72 étant la cause la plus fréquente des SLA familiales. Les mécanismes pathologiques de la mutation C9orf72 de la SLA restent flous. En effet la perte de fonction induite par une mutation de C9orf72 seule, ne contribue pas aux déficits du transport axonal rapide lysosomal dans les motoneurones C9orf72 dérivés de cellules souches.

Des besoins en énergies énormes Les processus impliqués dans le fonctionnement des motoneurones sont tous très consommateurs d'énergie, ce qui soulève la question de savoir si les altérations du métabolisme énergétique contribuent à un transport axonal défectueux. Mis à part des altérations de la machinerie des microtubules observées dans une mutation rare causant la SLA: FUS, jusqu’à la présente étude, il n'avait cependant pas été démontré que le métabolisme des motoneurones issus de patients atteints de la SLA différaient des motoneurones sains.

OXPHOS est la voie métabolique des mitochondries En ce qui concerne leur approvisionnement en énergie, les neurones, contrairement aux astrocytes , dépendent principalement de la phosphorylation oxydative mitochondriale. La phosphorylation oxydative (ou OXPHOS) est la voie métabolique dans laquelle les cellules utilisent des enzymes pour catalyser l’oxydation les substances nutritives, libérant ainsi l’énergie nécessaire pour former l’ATP. Dans presque tous les eucaryotes aérobies, la phosphorylation oxydative se déroule à l’intérieur des mitochondries. Au cours de la phosphorylation oxydative, les électrons sont transférés de donneurs d’électrons aux accepteurs d’électrons tels que l’ oxygène, via des réactions d’oxydoréduction. Ces réactions d’ oxydoréduction libèrent de l’énergie qui est utilisée pour former l’ATP. Cette voie très efficace pour générer de l’énergie, par rapport à d’autres processus utilisant la fermentation tels que la glycolyse anaérobie.

L'importance de l'énergie issue des mitochondries dans le transport axonal L'extraordinaire longueur des axones motoneurone - 20 000 fois plus longue que le diamètre de leur soma - suggère une vulnérabilité métabolique particulière des motoneurones aux déficits des processus clés impliqués dans le maintien de la forme et de la fonction de l'axone.

Le transport de la cargaison mitochondriale, contrairement au transport vésiculaire, dépend de la disponibilité de l'ATP mitochondrial. Un transport défectueux de la cargaison vers l'axone distal a été signalé dans plusieurs types de SLA, et pas seulement dans les gènes impliqués dans le transport de protéines dans l'axone. Il est bien établi à partir de modèles animaux de SLA que le ciblage de l'axone entraîne un retard dans la progression de la maladie et une amélioration de la survie et que la prévention de la seule perte de motoneurone, mais pas de la dégénérescence axonale, est insuffisante pour favoriser la survie des patients.

Mise en évidence d'un transport axonal modifié Pour mieux comprendre cette question, les scientifiques ont étudié des lignées de cellules souches pluripotentes induites dérivées d'autopsie de patients contenant la mutation la plus courante causant la SLA, C9orf72. Ces cellules souches ont été maturées en motoneurones. Ils démontrent alors que les motoneurones atteints de la mutation C9orf72 ont (in vitro) des axones plus court, un transport axonal de la cargaison mitochondriale qui est altéré et un métabolisme mitochondrial modifié.

Les scientifiques montrent alors, que cette dérégulation est sélective pour les neurones spinaux (moteurs) de la corne antérieure, et est absente dans les neurones spinaux (sensoriels) de la corne dorsale(dérégulation dans les motoneurones spinaux de la corne ventrale, mais pas dans les neurones sensoriels de la corne dorsale correspondante).

Une thérapie génique manipulant PGC1α rétablit un bon phénotype des motoneurones mutés et de leurs axones Les scientifiques ont alors réalisé par thérapie génique une altération du génome des mitochondries dans les motoneurones porteurs de la mutation C9orf72 qui sont issus des cellules souches. Cette altération du génome a corrigé le déficit métabolique et a également sauvé la longueur axonale et les phénotypes de transport.

Les scientifiques ont pu stimuler la fonction mitochondriale (et la biogenèse) grâce à la manipulation de son régulateur principal, PGC1α, conduisant au sauvetage des phénotypes axonaux, fournissant un nouveau lien mécanique entre la bioénergétique mitochondriale. et un dysfonctionnement axonal.

Un lien avec TDP-43? Ces données suggèrent que le ciblage de la voie PGC1α peut être très pertinent pour la neurodégénérescence, car il est possible qu'il y ait d'autres mécanismes conduisant aux dysfonctionnements axonaux observés dans les motoneurones atteints de la mutation C9orf72. Par exemple, des découvertes récentes montrent que les protéines répétées du dipeptide C9orf72 peuvent conduire à une agrégation cytoplasmique de TDP-43. Ainsi, la pathologie du TDP-43, observée dans la grande majorité des cas de SLA, dont C9orf72, module l'homéostasie mitochondriale en régulant le traitement des transcriptions mitochondriales.

A l'inverse, TDP-43 exerce une toxicité en pénétrant dans les mitochondries et en altérant spécifiquement le complexe OXPHOS I et en inhibant sa traduction ce qui provoque un dysfonctionnement mitochondrial.

Enfin, des travaux récents d'Onesto et al. ont montré qu'il existe une biogenèse mitochondriale compensatoire, comme en témoigne la régulation à la hausse de PGC1α, dans les fibroblastes dermiques dérivés de patients atteints de la mutation C9orf72 de la SLA.

Cela suggère que, malgré les effets délétères de la mutation, la plupart des types de cellules peuvent compenser le dysfonctionnement mitochondrial en stimulant la biogenèse. La vulnérabilité spécifique aux motoneurones pourrait résulter en partie d'une incapacité de ceux-ci à moduler ce mécanisme homéostatique quand ils font face à une dépense énergétique trop important.

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Ce livre retrace les principales réalisations de la recherche sur la SLA au cours des 30 dernières années. Il présente les médicaments en cours d’essai clinique ainsi que les recherches en cours sur les futurs traitements susceptibles d’ici quelques années, d’arrêter la maladie et de fournir un traitement complet en une décennie ou deux.

It has been suggested that autophagy insuficiency occurring during aging may contribute to increase of misfolded proteins. TDP-43 aggregates in motor neurons are found in the majority of ALS patients and in other neurodegenerative diseases. TDP-43 protein is involved in the regulation of RNA processing and splicing as well as in chromatin condensation.

In this article Sunny Kumar in Jean-Pierre Julien's lab in Laval's university, studied the translational profiles of neurons in one-year old transgenic mice expressing hTDP-43 A315T mutant, a model of ALS/FTD.

Dr. Jean-Pierre Julien’s is also ImStar Chief Scientific Officer research.

Measuring RNA from a defined subset of cells derived from a complex tissue is a challenge. The RiboTag method allows for immunoprecipitation of ribosome-associated RNA from specific cells within complex tissues .

Neurofilaments are major cytoskeletal components in neurons. Neurofilament disorganization can contribute to neuronal dysfunction and death. Transgenic mouse studies have highlighted the importance of Neurofilament protein stoichiometry for correct assembly and transport. Previous reports showed that TDP-43 can bind and stabilize Neurofilament mRNAs.

Kumar and al report the therapeutic effects of a novel withaferin-A analog, called IMS-088, in transgenic mice expressing hTDP-43 mutants Withaferin-A, a compound extracted from the medicinal plant Withania somnifera has emerged with a therapeutic potential as inhibitor of NF-κB signalling pathway and as inducer of autophagy. Withaferin-A treatment conferred protection in two mouse models of ALS. Withanolides are a group of at least 300 naturally occurring steroids . They occur as secondary metabolites primarily in genera of the Nightshade family. It remains unknown to what end withanolides are produced; they may act as a deterrent for feeding insect larvae and other herbivores.

Despite beneficial properties of withaferin-A, this compound can induce cell death at high dose or prolonged treatment. Addition of methoxy group to withaferin A significantly reduced toxic properties.

The IMS-088 compound obtained from IMSTAR therapeutics is basically the 4-O- methyl withaferin-A which is better tolerated at high doses than withaferin-A in mice. A pharmacokinetic study with 14 C-labeled-IMS-088 revealed that this novel analog penetrates the blood brain barrier after oral intake

The present study shows that oral administration of IMS-088 for 8 weeks in transgenic mouse models with TDP-43 proteinopathy led to reduction of cytoplasmic TDP-43 aggregates in the brain and spinal cord The IMS-088 treatment increased the levels of Beclin-1 and LC3BII which are autophagic markers Of particular interest was the finding that IMS-088 rescued the translational repression of Neurofilament proteins in the brain of the mice expressing mutant hTDP-43 Treatment of mice expressing mutant hTDP-43 with IMS-088, an inhibitor of NF-κB activity, led to reduction of microgliosis and astrogliosis. NF-κB is a transcription factor playing a key role in inflammatory responses including genes encoding cytokines and chemokines. Microglia-specific inhibition of NF-κB pathway has also shown to attenuate neuroinflammation and extended survival by several weeks in the SOD1 G93A mice. From these results, the scientists conclude that clearance of cytoplasmic TDP-43 by IMS-088 in the mouse models is likely the result of a boost of autophagic activity

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ALS, hypermetabolism and diet

- Posted in English by

Patients with amyotrophic lateral sclerosis (ALS) experience progressive limb weakness, muscle atrophy, and dysphagia, making them vulnerable to insufficient energy intake. Half of ALS patients suffer from hyper-metabolism.

In 2014 Edward J Kasarskis and his colleagues developed equations to estimate energy requirements of ALS patients.

They enrolled 80 ALS participants at varying stages of their illness, then developed statistical models to estimate TDEE by using factors easily obtained during a routine clinical visit.

Their predictive equations can serve as a basis for recommending placement of a feeding gastrostomy in ALS patients who fail to meet their energy requirements by oral intake.

They developed a Web-based calculator, but it seems to not work anymore.

I tried to replicate this calculator.

Axons injured in the central nervous system of adult mammals generally cannot regenerate over long distances, which limits functional recovery after central nervous system injury, but also the hopes of recovery in ALS patients. enter image description here Source: Can injured adult CNS axons regenerate by recapitulating development? Brett J. Hilton, Frank Bradke

The potential mechanisms underlying regeneration failure in the mature central nervous system include factors intrinsic and extrinsic to the central nervous system.

The presence of extrinsic growth repellent factors is associated with certain molecules in the extracellular matrix, myelin debris or fibrous tissue, and the limited availability of suitable growth factors.

Strategies to neutralize or attenuate the major extrinsic inhibitors of axonal growth have limited effects on regeneration.

Suppression of PTEN, an intrinsic suppressor of axonal growth, induces appreciable axonal regeneration, and when this suppression is combined with other factors, it allows a significant percentage of retinal ganglion cells to regrow their axons along their entire length. optic nerve.

PTEN is associated with cancer, non-cancerous neoplasms, brain function, autism, and cell regeneration. The strong link of PTEN with inhibition of cell growth is being investigated as a possible therapeutic target in tissues that do not traditionally regenerate in mature animals, such as central neurons. PTEN deletion mutants have been shown to enable nerve regeneration in mice.

Nevertheless, more work is needed to identify the main regulators of axon regeneration in the central nervous system. Unlike their central nervous system counterparts, sensory and motor neurons of the peripheral nervous system, they spontaneously display potent growth in response to peripheral axonal injury, which is accompanied by the activation of key genes associated with regeneration (RAG ).

Scientists predicted that the expression of this RAG network would be controlled by a central group transcription factor during the regeneration of peripheral nerves. Indeed, the manipulation of transcription factors at the heart of this network, such as STAT, members of the KLF and Sox family, leads to the growth of axons of the central nervous system.

The scientists then used a System Biology type approach. Enter image description here Systems biology is generally defined in opposition to the traditional so-called reductionist paradigm. The reductionist approach has succeeded in identifying most of the biological components and many interactions but, unfortunately, offers no convincing concept or method for understanding how the properties of the system emerge. Pluralism of causes and effects in biological networks is best addressed by observing, through quantitative measurements, several components simultaneously and by rigorous integration of data with mathematical models (Sauer et al.).

Here, those scientists integrated several existing and newly generated datasets to characterize hierarchical interactions of transcription factors in order to identify regulators that would be potentially associated with axon regeneration.

By comparing gene expression in conditions such as damage to the central nervous system, with behavior in the peripheral nervous system or even in the central nervous system when it has been subjected to powerful pro-regenerative treatments, the scientists emitted the 'hypothesis that they could identify the main transcription factors regulating intrinsic regeneration programs.

The authors began with a network analysis approach based on mutual information to characterize the transcriptional regulatory network formed by transcription factors associated with regeneration in several independent data sets.

They identified a basic three-level subnet of five interconnected transcription factors, composed of Jun, STAT, Sox, SMAD, and ATF, which is remarkably preserved in several models of peripheral nervous system injury and at different time scales. .

Remarkably, scientists have observed a similar, multi-layered and highly interconnected transcription factor structure in central nervous system neurons after genetic and pharmacological treatments that enhance regeneration.

However, in the central nervous system, subnet associated with regeneration and its higher level hierarchical structure have a less interconnected and less hierarchical structure.

Their analyzes identified the RE1-silencing transcription factor (REST), a widely studied regulator of neural development and expression of specific neuronal genes, as playing a potentially important role in suppressing regeneration of the central nervous system. Yet REST expression is strongly correlated with increased longevity. REST levels are highest in the brains of people who have lived to be 90 to 100 years old and who have remained cognitively intact. It is believed that REST represses genes that promote cell death and Alzheimer's disease pathology, and induces expression of stress response genes.

Bioinformatics analyzes have shown that REST is present at the top of a degenerate transcription factor network in the central nervous system, but absent in the peripheral nervous system and in neurons of the central nervous system with improved regenerative potential, both in the optic nerve and spinal cord.

Their findings suggest that REST acts as a potential upstream transcriptional repressor, limiting the interactions of basic regenerative transcription factors to drive RAG expression and the intrinsic growth capacity of central nervous system neurons.

This hypothesis was supported by the transcriptomic analysis of REST-depleted central nervous system-injured neurons which exhibited enhanced expression of a network of regeneration-associated genes driven by several basic transcription factors known to promote regeneration.

To further validate their bioinformatics predictions, the scientists investigated the effects of REST neutralization on regeneration in two different models of central nervous system injury: in vivo optic nerve crush and complete spinal cord injury. In both cases, the neutralization of REST resulted in increased regeneration.

These results demonstrate how a multistage biological systems analysis coupled with substantial experimental validation in vitro and in vivo provides a framework for the discovery of central nervous system repair drivers and implicate REST as a novel regulator of regeneration of axons of the central nervous system.

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Les axones blessés dans le système nerveux central des mammifères adultes ne peuvent généralement pas se régénérer sur de longues distances, ce qui limite la récupération fonctionnelle après une lésion du système nerveux central, mais aussi les espoirs de guérison des malades de la SLA. enter image description here Source: Can injured adult CNS axons regenerate by recapitulating development? Brett J. Hilton, Frank Bradke

Les mécanismes potentiels sous-jacents à l'échec de la régénération dans le système nerveux central mature comprennent des facteurss intrinsèques et extrinsèques au système nerveux central.

La présence de facteurs extrinsèques répulsifs de croissance est associé à certaines molécules de la matrice extracellulaire, des débris de myéline ou des tissus fibreux, et la disponibilité limitée de facteurs de croissance appropriés.

Les stratégies pour neutraliser ou atténuer les principaux inhibiteurs extrinsèques de la croissance axonale ont des effets limités sur la régénération.

La suppression de PTEN, un suppresseur intrinsèque de la croissance axonale, induit une régénération axonale appréciable, et lorsque cette suppression est combinée avec d’autres facteurs, elle permet à un pourcentage significatif de cellules ganglionnaires rétiniennes de faire repousser leurs axones sur toute la longueur du nerf optique.

PTEN est associé au cancer, aux néoplasies non cancéreuses, aux fonctions cérébrales, à l'autisme et à la régénération cellulaire. Le lien fort de PTEN avec l'inhibition de la croissance cellulaire est étudié comme une cible thérapeutique possible dans des tissus qui ne se régénèrent pas traditionnellement chez les animaux matures, tels que les neurones centraux. Il a été démontré que les mutants de délétion PTEN permettent la régénération nerveuse chez la souris.

Néanmoins, des travaux supplémentaires sont nécessaires pour identifier les principaux régulateurs de la régénération des axones dans le système nerveux central. Contrairement à leurs homologues du système nerveux central, les neurones sensoriels et moteurs du système nerveux périphérique, eux affichent spontanément une croissance puissante en réponse à une lésion axonale périphérique, qui s'accompagne de l'activation de gènes clés associés à la régénération (RAG).

Des scientifiques ont prédit que l'expression de ce réseau RAG serait régulée par un groupe central de facteur de transcription pendant la régénération des nerfs périphériques. En effet la manipulation des facteurs de transcription au cœur de ce réseau, tels que STAT, les membres de la famille KLF et Sox, entraîne la croissance des axones du système nerveux central.

Les scientifiques ont alors utilisé une approche de type System Biology. enter image description here La biologie des systèmes est généralement définie en opposition au paradigme traditionnel dit réductionniste. L’approche réductionniste a réussi à identifier la plupart des composants biologiques et de nombreuses interactions mais, malheureusement, n'offre aucun concept ou méthode convaincant pour comprendre comment les propriétés du système émergent. Le pluralisme des causes et des effets dans les réseaux biologiques est mieux traité en observant, par des mesures quantitatives, plusieurs composants simultanément et par une intégration rigoureuse des données avec des modèles mathématiques (Sauer et al.).

Ici, les scientifiques ont intégré plusieurs ensembles de données existants et nouvellement générés pour caractériser les interactions hiérarchiques de facteurs de transcription afin d'identifier les régulateurs qui seraient potentiellement associés à la régénération d’axone.

En comparant l'expression génique dans des états tels que des lésions du système nerveux central, avec le comportement dans le système nerveux périphérique ou encore au système nerveux central quand il a été soumis à de puissants traitements pro-régénératifs, les scientifiques ont émis l’hypothèse qu’ils pourraient identifier les principaux facteurs de transcription régulant les programmes de régénération intrinsèque.

Les auteurs ont commencé par une approche d'analyse de réseau basée sur l'information mutuelle pour caractériser le réseau de régulation transcriptionnel formé par les facteurs de transcription associés à la régénération dans plusieurs ensembles de données indépendants.

Ils ont identifié un sous-réseau de base à trois niveaux de cinq facteurs de transcription interconnectés, composé de Jun, STAT, Sox, SMAD et ATF, qui est remarquablement préservé dans plusieurs modèles de blessures dy système nerveux périphérique et à différentes échelles de temps.

De manière remarquable, les scientifiques ont observé une structure facteur de transcription similaire multicouche et hautement interconnectée dans les neurones du système nerveux central après des traitements génétiques et pharmacologiques qui améliorent la régénération.

En revanche, dans le système nerveux central, ce sous-réseau associé à la régénération et sa structure hiérarchique de niveau supérieur ont une structure moins interconnectée et moins hiérarchisée.

Leurs analyses ont identifié le facteur de transcription RE1-silencing (REST), un régulateur largement étudié du développement neuronal et de l'expression des gènes neuronaux spécifiques, comme jouant un rôle potentiellement important dans la suppression de la régénération du système nerveux central. Pourtant l'expression de REST est fortement corrélée à une longévité accrue. Les niveaux de REST sont les plus élevés dans le cerveau des personnes qui ont vécu jusqu'à 90 à 100 ans et qui sont restées intactes sur le plan cognitif. On suppose que REST réprime les gènes qui favorisent la mort cellulaire et la pathologie de la maladie d'Alzheimer, et induit l'expression de gènes de réponse au stress.

Les analyses bio-informatiques ont montré que REST, est présent au sommet d'un réseau de facteur de transcription dégénéré dans le système nerveux central, mais absent dans le système nerveux périphérique et dans les neurones du système nerveux central à potentiel de régénération amélioré, à la fois dans le nerf optique et moelle épinière.

Leurs découvertes suggèrent que REST agit comme un répresseur transcriptionnel en amont potentiel, limitant les interactions des facteurs de transcription régénératrices de base pour conduire l'expression des RAG et la capacité de croissance intrinsèque des neurones du système nerveux central.

Cette hypothèse a été soutenue par l'analyse transcriptomique des neurones lésés par le système nerveux central, appauvris en REST, qui présentait une expression améliorée d'un réseau de gènes associés à la régénération, entraînée par plusieurs facteurs de transcription de base connus pour favoriser la régénération.

Pour valider davantage leurs prédictions bio-informatiques, les scientifiques ont étudié les effets de la neutralisation de REST sur la régénération dans deux modèles différents de lésion du système nerveux central : écrasement in vivo du nerf optique et lésion complète de la moelle épinière. Dans les deux cas, la neutralisation de REST a entraîné une régénération accrue.

Ces résultats démontrent comment une analyse biologique des systèmes en plusieurs étapes, couplée à une validation expérimentale substantielle in vitro et in vivo fournit un cadre pour la découverte des pilotes de la réparation du système nerveux central et impliquent REST comme un nouveau régulateur de la régénération des axones du système nerveux central.

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According to most biology textbooks, the main organizing principle of the cell is the membrane. Lipid bilayers envelop organelles, including the nucleus, mitochondria, and endoplasmic reticulum, to keep some proteins inside and others outside.

The rest of a cell's internal machinery is described as floating in the cytoplasm, with proteins sometimes clashing with binding partners, substrates, and small molecule drugs.

Many scientists suddenly realized that their favorite proteins were undergoing biologically relevant phase transitions and they hadn't even realized it.

Biomolecular condensates are aggregates of membraneless molecules, such as proteins and nucleic acids, that organize themselves dynamically to perform a wide range of cellular functions.

There is a growing appreciation for the importance of biomolecular condensates and this is forcing cell biologists to rethink the classical model of the cell.

There are many examples of molecular aggregates. For example glycogen granules in liver and muscle cells, lipid droplets in fat cells, pigment granules in some skin and hair cells and crystals of various types. These structures were first observed by O. F. Müller in 1786.

Research over the past decade has shown that disturbances in condensate behavior play a causal role in a myriad of human diseases.

In amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and myotonic dystrophy type 1, a strong body of literature indicates a causal role in the deregulation of biomolecular condensates.

From the start, it seemed possible that these transient droplets could serve as cellular reaction vessels: speeding up reactions by concentrating the reactants or slowing them down by separating the reactants. More recently, researchers have unraveled their biological role in both health and disease.

In 2012, Michael Rosen, explored the biophysical properties of biomolecular condensates.

The association with the disease began to crystallize shortly thereafter. Paul Taylor, a neurologist at St. Jude Children's Research Hospital, was working to understand the genetics of neurodegenerative diseases and reported in 2013 in Nature that conserved mutations in HNRNPA2B1 and HNRNPA1 were associated with amyotrophic lateral sclerosis (ALS).

In 2015, a complete renaissance was underway. In that year, five papers independently demonstrated that biomolecular condensates were crucial for the phase transitions of biomolecular condensates.

Because biomolecular condensates are prevalent throughout the proteome, these findings have captured the imaginations of cell biologists around the world.

Research on the importance of phase transitions in ALS, in particular, has taken off. Hyman, co-founder of Dewpoint, reported with colleagues that FUS forms membrane-less organelles at sites of DNA damage and in the cytoplasm during stress, and that mutations in FUS that are linked to ALS lead to to aberrant phase transitions.

It appears that ALS-related mutations that affect the dynamics of membrane-less organelle formation make some of these structures more persistent than they would naturally be. Taylor estimates that disturbances in phase transitions account for over 90% of ALS cases.

Other neurodegenerative diseases could also be linked to liquid-liquid phase separation. In 2017, Ankur Jain and Ron Vale proposed that a large set of repeated expansion disorders - including Huntington's disease and muscular dystrophy as well as ALS - could involve the formation of aberrant RNA droplets.

In 2018, Taylor and his colleagues reported that soluble tau species, one of the main culprits of Alzheimer's disease, can form condensate.

Cancer also appears to involve the biology of organelles without a membrane.

“Condensate biology is the kind of science that will rewrite textbooks - and, we believe, rewrite medicine,” said Cary Pfeffer, M.D., acting CEO of Faze and partner at Third Rock Ventures.

Faze Medicines is founded by renowned scientific leaders in the field of biomolecular condensates:

  • Roy Parker, Ph.D., is a pioneer in the study of the class of condensates known as RNP granules with a focus on RNA components and their role in neurodegenerative diseases as well as other diseases.

  • Mike Rosen, Ph.D., is a leading expert in the formation, regulation and functions of biomolecular condensates with an emphasis on the multivalent interactions that are essential to their formation.

  • J. Paul Taylor, M.D., Ph.D., is a pioneer in the field of liquid-liquid phase transitions who made fundamental discoveries defining how mutations that modify these phase transitions impact neurodegenerative diseases.

  • Ron Vale, Ph.D., is a leading expert in molecular motor proteins who recently demonstrated how repeated expansion RNAs can lead to the formation of pathogenic condensates.

Other companies are carefully studying biomolecular condensates.

Not long ago, Nereid Therapeutics was launched with funding of $ 50 million, and Transition Bio debuted with undisclosed seed funding. Dewpoint Therapeutics, a precursor to condensates, has signed agreements with two major pharmaceutical partners since its launch in 2019. Dewpoint and Nereid also work on neurodegenerative conditions, as well as cancer applications.

Faze Medicines focuses on applications in neurodegenerative diseases, but has yet to disclose specific drug targets.

In the short term, all of these companies hope to reverse the harmful biology of condensate. As they learn to control the composition and behavior of condensate, these companies could also tackle new targets.

For example, rather than directly inhibiting a certain harmful molecule, a drug could lock it in a condensate.

Condensates allow us to think about drug discovery in a different way.

The biggest pharmaceutical companies are keeping an eye on this development. Dewpoint has already partnered with Bayer on cardiovascular and gynecological diseases and Merck & Co. on HIV.

Faze Medicines also plans to partner with large companies, says Cary Pfeffer, the company's interim CEO and partner at Third Rock Ventures.

Novartis Venture Fund, Eli Lilly and Company and AbbVie Ventures have all joined the fundraising syndicate, he says, highlighting the interest of large pharmaceutical companies in condensate.

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Selon la plupart des manuels de biologie, le principal principe d'organisation de la cellule est la membrane. Les bicouches lipidiques enveloppent les organites, y compris le noyau, les mitochondries et le réticulum endoplasmique, pour garder certaines protéines à l'intérieur et d'autres à l'extérieur.

Le reste de la machinerie interne d'une cellule est décrit comme flottant dans le cytoplasme, avec des protéines qui se heurtent parfois à des partenaires de liaison, des substrats et des médicaments à petites molécules.

De nombreux scientifiques ont soudainement réalisé que leurs protéines préférées subissaient des transitions de phase biologiquement pertinentes et ils ne l'avaient même pas réalisé.

Les condensats biomoléculaires sont des agrégats de molécules sans membrane, telles que les protéines et les acides nucléiques, qui s'organisent dynamiquement pour exécuter un large éventail de fonctions cellulaires.

Il y a une appréciation croissante de l'importance des condensats biomoléculaires et cela oblige les biologistes cellulaires à repenser le modèle classique de la cellule.

Il y a de nombreux exemples d'agrégats moléculaires. Par exemple les granules de glycogène dans les cellules hépatiques et musculaires, les gouttelettes lipidiques dans les cellules graisseuses, les granules pigmentaires dans certaines cellules de la peau et des cheveux et les cristaux de divers types. Ces structures ont été observées pour la première fois par O. F. Müller en 1786.

Les recherches menées au cours de la dernière décennie, ont montré que les perturbations du comportement des condensats jouent un rôle causal dans une myriade de maladies humaines.

Dans la sclérose latérale amyotrophique (SLA) et la dystrophie myotonique de type 1, un corpus solide de littérature indique un rôle causal de la dérégulation des condensats biomoléculaires.

Dès le début, il semblait possible que ces gouttelettes transitoires puissent servir de récipients de réaction cellulaires: accélérer les réactions en concentrant les réactifs ou les ralentir en séparant les réactifs. Plus récemment, les chercheurs ont démêlé leur rôle biologique à la fois dans la santé et dans la maladie.

En 2012, Michael Rosen, a exploré les propriétés biophysiques des condensats biomoléculaires.

L'association avec la maladie a commencé à se cristalliser peu de temps après. Paul Taylor, neurologue à l'hôpital de recherche pour enfants St.Jude, travaillait à comprendre la génétique des maladies neurodégénératives et a rapporté en 2013 dans Nature que les mutations conservées de HNRNPA2B1 et HNRNPA1 étaient associées à la sclérose latérale amyotrophique (SLA).

En 2015, une renaissance complète était en cours. Cette année-là, cinq articles ont indépendamment démontré que les condensats biomoléculaires étaient cruciaux pour les transitions de phase des condensats biomoléculaires.

Parce que les condensats biomoléculaires sont répandus dans tout le protéome, ces découvertes ont capturé l'imagination des biologistes cellulaires du monde entier.

La recherche sur l'importance des transitions de phase dans la SLA, en particulier, a décollé. Hyman, cofondateur de Dewpoint, a rapporté avec ses collègues que le FUS forme des organites sans membrane sur les sites de dommages à l'ADN et dans le cytoplasme lors du stress, et que les mutations dans le FUS qui sont liées à la SLA conduisent à des transitions de phase aberrantes.

Il semble que les mutations liées à la SLA qui affectent la dynamique de la formation d'organites sans membrane rendent certaines de ces structures plus persistantes qu'elles ne le seraient naturellement. Taylor estime que les perturbations dans les transitions de phase représentent plus de 90% des cas de SLA.

D'autres maladies neurodégénératives pourraient également être liées à la séparation de phase liquide-liquide. En 2017, Ankur Jain et Ron Vale ont proposé qu'un large ensemble de troubles d'expansion répétés - y compris la maladie de Huntington et la dystrophie musculaire ainsi que la SLA - pourraient impliquer la formation de gouttelettes d'ARN aberrantes.

En 2018, Taylor et ses collègues ont rapporté que les espèces de tau solubles, l'un des principaux responsables de la maladie d'Alzheimer, peuvent former des condensats.

Le cancer semble également impliquer la biologie des organites sans membrane.

«La biologie des condensats est le genre de science qui réécrira les manuels - et, selon nous, réécrira la médecine», a déclaré Cary Pfeffer, M.D., directeur général par intérim de Faze et associé chez Third Rock Ventures.

Faze Medicines est fondée par des leaders scientifiques renommés dans le domaine des condensats biomoléculaires:

  • Roy Parker, Ph.D., est un pionnier dans l'étude de la classe de condensats connus sous le nom de granules RNP avec un accent sur les composants ARN et leur rôle dans les maladies neurodégénératives ainsi que dans d'autres maladies.

  • Mike Rosen, Ph.D., est un expert de premier plan dans la formation, la régulation et les fonctions des condensats biomoléculaires en mettant l'accent sur les interactions multivalentes qui sont essentielles à leur formation.

  • J. Paul Taylor, M.D., Ph.D., est un pionnier dans le domaine des transitions de phase liquide-liquide qui a fait des découvertes fondamentales définissant comment les mutations qui modifient ces transitions de phase impactent les maladies neurodégénératives.

  • Ron Vale, Ph.D., est un expert de premier plan dans les protéines motrices moléculaires qui a récemment démontré comment les ARN d'expansion répétée peuvent entraîner la formation de condensats pathogènes.

D'autres sociétés étudient attentivement les condensats biomoléculaires.

Il y a peu, Nereid Therapeutics avait été lancé avec un financement de 50 millions de dollars, et Transition Bio avait fait ses débuts avec un financement de démarrage non divulgué. Dewpoint Therapeutics, précurseur des condensats, a signé des accords avec deux grands partenaires pharmaceutiques depuis son lancement en 2019. Dewpoint et Nereid travaillent également sur les conditions neurodégénératives, ainsi que sur les applications du cancer.

Faze Medicines se concentre sur les applications dans les maladies neurodégénératives, mais n'a pas encore divulgué de cibles médicamenteuses spécifiques.

À court terme, toutes ces entreprises espèrent inverser la biologie nocive des condensats. Au fur et à mesure qu'elles apprennent à contrôler la composition et le comportement des condensats, ces entreprises pourraient également s'attaquer à des cibles inédites.

Par exemple plutôt que d'inhiber directement une certaine molécule néfaste, un médicament pourrait l'enfermer dans un condensat.

Les condensats nous permettent de penser la découverte de médicaments d'une manière différente.

Les plus grandes firmes pharmaceutiques gardent un oeil sur cette évolution. Dewpoint s'est déjà associé à Bayer sur les maladies cardiovasculaires et gynécologiques et à Merck & Co. sur le VIH.

Faze Medicines prévoit également de s'associer à de grandes entreprises, déclare Cary Pfeffer, PDG par intérim de la société et associé chez Third Rock Ventures.

Novartis Venture Fund, Eli Lilly and Company et AbbVie Ventures ont tous rejoint le syndicat de financement, souligne-t-il, soulignant l'intérêt des grandes sociétés pharmaceutiques pour les condensats.

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AMX0035, some differing opinions.

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On September 3, 2020 we published an article about a new treatment for ALS: AMX0035. This new treatment used a combination of two drugs, including TUDCA which had been advocated for a long time by patients on several Internet forums. The public had also been taken in by the * well publicized * fact that Amylyx is a tiny company. Dr Sabrina Paganoni then stated that the gain due to AMX0035 was modest but significant for the patients.

Several doctors have a different opinion and they expressed it in two letters to the New England Journal of Medicine. In one letter, it appears that the patients recruited into the clinical study also had access to Edaravone, but in different proportions for the control group and the arm group.

The doctor who wrote the first letter claims (and this is quite surprising) that Edaravone harms ALS patients and therefore the control group was penalized. Whatever the influence of Edaravone on the course of ALS, it is still a surprising methodological error and which invalidates the conclusions of the clinical study.

In the other case, up to now the only one answered by those responsible for the clinical trial, a comparison is made with a previous trial and the authors of this second letter to NEMJ affirm that only TUDCA is effective and therefore that the dual therapy proposed by Amylyx has little use. The principal investigators' response is that these are studies with different methodologies and therefore no conclusions can be drawn.

It is still too early to draw any conclusions, but it seems to be a cruel constant in clinical studies on ALS, that their results are always announced as very favorable, and then with experience we realize that in fact the gain is insignificant.

One might wonder why Edaravone's distribution imbalance was introduced. It is only mentioned in the NEMJ article which will probably only be read by a limited number of researchers and not in the protocol published on clinical.gov!

Perhaps this indicates that the confusion of roles (advocated by public authorities) between academic research and entrepreneurship is susceptible to frequent slippages.

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AMX0035, un début de controverse?

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Le 3 septembre 2020 nous avons publié un article à propos d'un nouveau traitement de la SLA: AMX0035.

Ce nouveau traitement utilisait une combinaison de deux médicaments, dont du Taurusodiol (TUDCA) qui était préconisé depuis longtemps, par des patients sur plusieurs forum Internet.

Le public avait été aussi séduit, par le fait bien médiatisé qu'Amylyx est une minuscule société.

Le Dr Sabrina Paganoni avait alors déclaré que le gain dû à AMX0035 était modeste mais significatif pour les patients.

Plusieurs médecins ont cependant une opinion différente et ils l'ont exprimée dans deux correspondances au New England Journal of Medicine.

Dans la première correspondance, il est rappelé que les patients recrutés dans l'étude clinique aient eu aussi accès à de l'Edaravone, mais dans des proportions différentes pour le groupe de contrôle et l'autre groupe. Le médecin qui écrit cette lettre affirme que l'Edaravone nuit aux patients de la SLA (c'est aussi l'avis des autorités Européennes) et donc que le groupe de contrôle a été pénalisé.

Quel que soit l'influence d'Edaravone sur le cours de la SLA, c'est quand même une erreur méthodologique surprenante et qui invalide les conclusions de l'étude clinique.

Mais au delà de cette déception, le déséquilibre de répartition d'Edaravone, forcément planifié, est surprenant. Il n'est mentionné que dans l'article du NEMJ qui ne sera probablement lû que par un nombre restraint de chercheurs et pas dans le protocole publié sur clinical.gov!

Dans l'autre correspondance, la seule à laquelle répond les responsables de l'essai clinique, une comparaison est faite avec un essai précédent et les auteurs de cette seconde lettre au NEMJ affirment que celà montre que seul TUDCA est efficace et donc que la bi-thérapie proposée par Amylyx n'a guère d'utilité.

La réponse des responsables de l'essai clinique est qu'il s'agit d'études avec des méthodologies différentes et donc que l'on ne peut tirer de conclusions.

Cela semble être une cruelle constante dans les études cliniques sur la SLA, que leurs résultats soient annoncés comme très favorable, puis qu'avec l'expérience on se rende compte qu'en fait le gain est insignifiant.

Peut-être que cela indique que la confusion des rôles (prônée par les pouvoir publiques) entre recherche académique et entrepreneuriat est susceptible de fréquents dérapages.

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