Trasmissione GABAergica depolarizzante e alterata omeostasi del Cloro: studi in vitro e in vivo su nuovi inibitori selettivi di NKCC1

Abstract

Una fisiologica trasmissione GABAergica è fondamentale per un corretto sviluppo cerebrale. Infatti, sue disfunzioni dovute a un’alterata espressione dei trasportatori NKCC1 e KCC2, sono implicate in vari disordini del neurosviluppo, tra cui la sindrome di Down (SD). Il trattamento con il diuretico Bumetanide, inibitore di NKCC1, determina recupero della trasmissione GABAergica e dei deficit cognitivi nei topi SD, ma anche di altri sintomi neurologici caratteristici di vari disordini del neurosviluppo. Tuttavia, la somministrazione cronica di Bumetanide necessaria per il recupero dei deficit neurologici, causa severi effetti avversi quali eccessiva diuresi per l’inibizione del trasportatore renale NKCC2. I ricercatori, diretti da Laura Cancedda e dal Marco De Vivo, hanno recentemente individuato una molecola, ARN23746, che mostra ottima selettività verso NKCC1 e migliora i deficit cognitivi nei topi SD e sintomi diagnostici per autismo in un modello murino di autismo senza causare effetti diuretici o tossici significativi. Per validare la classe chimica I di appartenenza di ARN23746 in questo lavoro è stato effettuato uno studio di diversi suoi analoghi strutturali. I migliori composti, B3 e B10, si propongono sia come materiale di supporto per la validazione dell’attività della classe chimica I, sia come candidati farmaci per il trattamento della SD nel caso fallisse la sperimentazione di preclinica avanzata e safety su ARN23746. In parallelo è stata effettuata la caratterizzazione di una nuova classe chimica con struttura non appartenente alla classe I, né analoga a Bumetanide. L’individuazione di molecole attive anche in questa classe II ha posto le basi per una caratterizzazione più approfondita. Questo studio fornisce un supporto all’attuale lead compound consolidandolo come candidato farmaco per il trattamento della SD e di altre patologie in cui sia richiesta una inibizione di NKCC1 e offre inoltre un’intera nuova classe di back up compounds.

Proper GABAergic transmission through Cl-permeable GABAA receptors is fundamental for physiological brain development. Indeed, defective GABAergic signaling-due to a high ratio of expression of the Cl- importer NKCC1 and Cl- exporter KCC2-has been implicated in several neurodevelopmental disorders, such as the Down Syndrome. Treatment with the diuretic Bumetanide, which is an inhibitor of NKCC1, determines the rescue of the GABAergic transmission and the cognitive deficits in mice with DS and also other neurological symptoms typical of various neurodevelopmental disorders both in preclinical models and in clinical trials. Nevertheless, chronic administration of Bumetanide,necessary for the recovery of neurological deficit, induces serious negative effects,namely excessive diuresis due to the inhibition of the renal cotransporter NKCC2. Researchers led by Cancedda and De Vivo have recently identified a molecule, ARN23746, which selectively block NKCC1 and rescue cognitive deficits in mice with SD and diagnostic symptoms of autism in mice models, without causing significant diuretic or toxic effects. To validate ARN23746 chemical class, this paper has studied different structural analogues of ARN23746. The best analogues selected, B3 and B10, are proposed both as supporting material for the validation of the chemical class’ activity,and as candidates for the treatment of DS, in the event that the preclinical advanced and safety trial on ARN23746 would fail. At the same time, it has been conducted the characterisation of a new chemical class, which structure does not belong to the I class, nor to Bumetanide’s.Discovering active molecules also in the II class, has allowed for a more accurate characterisation. This study provides a substantial support to the already existing lead compound, holding it up as candidate drug for the treatment of DS and other diseases for which an inhibition of NKCC1 is required. Finally, it offers a whole new class of back up compounds.