A positive allosteric modulator of TRPC6 promotes neuroprotective effects in vitro

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Alzheimer’s disease is a neurodegenerative disorder and the primary cause of dementia among elderly individuals. Unfortunately, there is no known cure for Alzheimer’s disease. Recently, a TRPC6-mediated intracellular signaling pathway was discovered, which plays a vital role in memory formation by regulating dendritic spine stability. Knockdown of TRPC6 expression was found to prevent store-operated calcium entry. The overexpression of TRPC6 or its pharmacological activation restores store-operated calcium entry in hippocampal neurons affected by Alzheimer’s disease [1, 2]. TRPC6 overexpression rescues mushroom spine loss in presenilin and APP knock-in mouse models of Alzheimer’s disease [1] and protects neurons from ischemic brain damage. Mice that overexpress TRPC6 in the brain exhibit improved cognitive function and increased excitatory synapse formation. These findings propose TRPC6 as a promising molecular target for the treatment of synaptic deficiency. We recently demonstrated that compound 51164 (N-(2-chlorophenyl)-2-(4-phenylpiperazine-1-yl) acetamide), a piperazine derivative, enhances TRPC6 channels and induces an upregulation of postsynaptic neuronal store-operated calcium entry. Furthermore, it increases mushroom spine percentage and recovers synaptic plasticity in mouse models of Alzheimer’s disease that have an amyloidogenic nature [2]. However, additional investigations of 51164 have demonstrated that the compound is unstable in plasma and cannot penetrate the blood-brain barrier (unpublished data). As such, the aim of this study is to discover a new piperazine derivative that functions as a positive modulator for TRPC6-specific and showcases neuroprotective qualities.

In this study, we present in silico and in vitro investigations of a novel TRPC6 specific modulator. Based on our in silico research, we narrowed down the selection to 14 compounds through the piperazine derivative 51164 that met all drug-lead likeness criteria and showed a high affinity for the active center of TRPC6. Calcium imaging technique was usedto establish that the compound z12_30 triggered the activation of TRPC6 but not the structurally linked TRPC3 channel. In addition, a molecular dynamics approach revealed that z12_30 forms a stable complex with the TRPC6 active site. As a result, z12_30 was selected as the lead compound for further investigation. Studies showed that z12_30 safeguards hippocampal mushroom spines from amyloid toxicity in vitro and effectively restores synaptic plasticity in brain slices from aged 5xFAD mice. Preclinical trials demonstrate that z12_30 remains stable in both human and mouse plasma samples.

We suggest that z12_30 is a promising prototype of a TRPC6-selective drug suitable for treating synaptic deficiency in hippocampal neurons affected by Alzheimer’s disease.

Full Text

Alzheimer’s disease is a neurodegenerative disorder and the primary cause of dementia among elderly individuals. Unfortunately, there is no known cure for Alzheimer’s disease. Recently, a TRPC6-mediated intracellular signaling pathway was discovered, which plays a vital role in memory formation by regulating dendritic spine stability. Knockdown of TRPC6 expression was found to prevent store-operated calcium entry. The overexpression of TRPC6 or its pharmacological activation restores store-operated calcium entry in hippocampal neurons affected by Alzheimer’s disease [1, 2]. TRPC6 overexpression rescues mushroom spine loss in presenilin and APP knock-in mouse models of Alzheimer’s disease [1] and protects neurons from ischemic brain damage. Mice that overexpress TRPC6 in the brain exhibit improved cognitive function and increased excitatory synapse formation. These findings propose TRPC6 as a promising molecular target for the treatment of synaptic deficiency. We recently demonstrated that compound 51164 (N-(2-chlorophenyl)-2-(4-phenylpiperazine-1-yl) acetamide), a piperazine derivative, enhances TRPC6 channels and induces an upregulation of postsynaptic neuronal store-operated calcium entry. Furthermore, it increases mushroom spine percentage and recovers synaptic plasticity in mouse models of Alzheimer’s disease that have an amyloidogenic nature [2]. However, additional investigations of 51164 have demonstrated that the compound is unstable in plasma and cannot penetrate the blood-brain barrier (unpublished data). As such, the aim of this study is to discover a new piperazine derivative that functions as a positive modulator for TRPC6-specific and showcases neuroprotective qualities.

In this study, we present in silico and in vitro investigations of a novel TRPC6 specific modulator. Based on our in silico research, we narrowed down the selection to 14 compounds through the piperazine derivative 51164 that met all drug-lead likeness criteria and showed a high affinity for the active center of TRPC6. Calcium imaging technique was usedto establish that the compound z12_30 triggered the activation of TRPC6 but not the structurally linked TRPC3 channel. In addition, a molecular dynamics approach revealed that z12_30 forms a stable complex with the TRPC6 active site. As a result, z12_30 was selected as the lead compound for further investigation. Studies showed that z12_30 safeguards hippocampal mushroom spines from amyloid toxicity in vitro and effectively restores synaptic plasticity in brain slices from aged 5xFAD mice. Preclinical trials demonstrate that z12_30 remains stable in both human and mouse plasma samples.

We suggest that z12_30 is a promising prototype of a TRPC6-selective drug suitable for treating synaptic deficiency in hippocampal neurons affected by Alzheimer’s disease.

ADDITIONAL INFORMATION

Funding sources. This research was funded by the Russian Science Foundation, grant No. 20-75-10026.

×

About the authors

N. I. Zernov

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: quakenbush97@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg

D. M. Melentieva

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: quakenbush97@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg

V. S. Ghamaryan

Russian-Armenian University

Email: quakenbush97@gmail.com
Armenia, Yerevan

A. T. Makichyan

Russian-Armenian University

Email: quakenbush97@gmail.com
Armenia, Yerevan

L. S. Hunanyan

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University; Russian-Armenian University

Email: quakenbush97@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg; Yerevan, Armenia

E. A. Popugaeva

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: quakenbush97@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Zhang H, Sun S, Wu L, et al. Store-Operated Calcium Channel Complex in Postsynaptic Spines: A New Therapeutic Target for Alzheimer’s Disease Treatment. Journal of Neuroscience. 2016;36(47):11837–11850. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1188-16.2016
  2. Popugaeva E, Chernyuk D, Zhang H, et al. Derivatives of Piperazines as Potential Therapeutic Agents for Alzheimer’s Disease. Molecular Pharmacology. 2019;95(4):337–348. doi: 10.1124/mol.118.114348

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».