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The CaMKIIα hub ligand Ph-HTBA promotes neuroprotection after focal ischemic stroke by a distinct molecular interaction - 15/11/22

Doi : 10.1016/j.biopha.2022.113895 
Nane Griem-Krey a, Stine J. Gauger a, Emma K. Gowing b, Louise Thiesen a, Bente Frølund a, Andrew N. Clarkson b, , Petrine Wellendorph a,
a Department of Drug Design and Pharmacology, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark 
b Department of Anatomy, Brain Health Research Centre and Brain Research New Zealand, University of Otago, Dunedin, New Zealand 

Correspondence to: Department of Anatomy, Brain Health Research Centre and Brain Research New Zealand, University of Otago, Lindo Ferguson Building, 270 Great King Street, Dunedin 9016, New Zealand.Department of Anatomy, Brain Health Research Centre and Brain Research New Zealand, University of Otago, Lindo Ferguson Building270 Great King StreetDunedin9016New Zealand⁎⁎Correspondence to: Department of Drug Design and Pharmacology, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, Universitetsparken 2, DK-2100 Copenhagen, Denmark.Department of Drug Design and Pharmacology, Faculty of Health and Medical Sciences, University of CopenhagenUniversitetsparken 2CopenhagenDK-2100Denmark

Abstract

Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II alpha (CaMKIIα) is a potential target for acute neuroprotection due to its key role in physiological and pathological glutamate signaling. The hub domain organizes the CaMKII holoenzyme into large oligomers, and additional functional effects on holoenzyme activation have lately emerged. We recently reported that compounds related to the proposed neuromodulator γ-hydroxybutyrate (GHB) selectively bind to the CaMKIIα hub domain and increase hub thermal stabilization, which is believed to have functional consequences and to mediate neuroprotection. However, the detailed molecular mechanism is unknown. In this study, we functionally characterize the novel and brain permeable GHB analog (E)-2-(5-hydroxy-2-phenyl-5,7,8,9-tetrahydro-6H-benzo[7]annulen-6-ylidene)acetic acid (Ph-HTBA). Administration of a single dose of Ph-HTBA at a clinically relevant time point (3–6 h after photothrombotic stroke) promotes neuroprotection with a superior effect at low doses compared to the smaller GHB analog 3-hydroxycyclopent-1-enecarboxylic acid (HOCPCA). In contrast to HOCPCA, Ph-HTBA reduces Ca2+-stimulated CaMKIIα Thr286 autophosphorylation in primary cortical neurons and substrate phosphorylation of recombinant CaMKIIα, potentially contributing to its neuroprotective effect. Supported by previous in silico docking studies, we suggest that Ph-HTBA makes distinct molecular interactions with the hub cavity, which may contribute to its differential functional profile and superior neuroprotective effect compared to HOCPCA. Together, this highlights Ph-HTBA as a promising tool to study hub functionality, but also as a good candidate for clinical development.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

The novel GHB analogue Ph-HTBA targets the hub association domain of CaMKIIα.
Ph-HTBA affects CaMKIIα functionality via a unique hub interaction.
Ph-HTBA reduces Ca2+-stimulated autophosphorylation and substrate phosphorylation.
Ph-HTBA is neuroprotective after photothrombotic stroke at low doses.

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Abbreviations : CaM, CaMKII, GABA, GHB, HOCPCA, NCS-382, Ph-HTBA, PTS, RFU

Chemical compounds studied in this article : GHB (PubChem CID: 23663870), HOCPCA (PubChem CID: 21750168), Baclofen (PubChem CID: 44602), KN93 (PubChem CID: 5312122)

Keywords : Autophosphorylation, CaMKII, Hub domain, Motor behavior, Photothrombotic stroke


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Vol 156

Article 113895- décembre 2022 Retour au numéro
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