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In FUS[1−359]‐tg mice O,S-dibenzoyl thiamine reduces muscle atrophy, decreases glycogen synthase kinase 3 beta, and normalizes the metabolome - 15/11/22

Doi : 10.1016/j.biopha.2022.113986 
Fay Probert a, b, 1 , Anna Gorlova c, d, 1 , Alexei Deikin e , Lucien Bettendorff f , Ekaterina Veniaminova c , Andrey Nedorubov c , Kirill D. Chaprov e, g , Tamara A. Ivanova g , Daniel C. Anthony a, , Tatyana Strekalova c, d, h,
a Department of Pharmacology, Oxford University, Mansfield Road, OX1 3QT Oxford, UK 
b Department of Chemistry, Oxford University, Mansfield Road, OX1 3TA Oxford, UK 
c Laboratory of Psychiatric Neurobiology, Institute of Molecular Medicine and Department of Normal Physiology, Sechenov First Moscow State Medical University, Trubetskaya str. 8-2, 119991 Moscow, Russia 
d Laboratory of Cognitive Dysfunctions, Institute of General Pathology and Pathophysiology, Baltiyskaya str. 8, 125315 Moscow, Russia 
e Joint Center for Genetic Technologies and Department of Pharmacology and Clinical Pharmacology, Belgorod State National Research University, Pobedy str. 85, 308015 Belgorod, Russia 
f Laboratory of Neurophysiology, GIGA-Neurosciences, University of Liège, av Hippocrate 1, 13-4000 Liège, Belgium 
g Institute of Physiologically Active Compounds RAS, Severniy pr. 1, 142432 Chernogolovka, Russia 
h Maastricht University, Department of Psychiatry and Neuropsychology, School for Mental Health and Neuroscience, Universiteitssingel 40, NL 6229 Maastricht, the Netherlands 

Corresponding author.⁎⁎Correspondence to: Department of Psychiatry and Neuropsychology, School for Mental Health and Neuroscience, Maastricht University, Universiteitssingel 40, NL 6229 ER Maastricht, the Netherlands.Department of Psychiatry and Neuropsychology, School for Mental Health and Neuroscience, Maastricht UniversityUniversiteitssingel 40MaastrichtNL 6229 ERthe Netherlands

Abstract

Mutations in the gene encoding the RNA/DNA-binding protein Fused in Sarcoma (FUS) have been detected in familial amyotrophic lateral sclerosis (ALS) patients. FUS has been found to be a critical component of the oxidative damage repair complex that might explain its role in neurodegeneration. Here, we examined what impact antioxidant treatment with thiamine (vitamine B1), or its more bioavailable derivative O,S-dibenzoylthiamine (DBT), would have on the hallmarks of pathology in the FUS[1−359]‐transgenic mouse model of ALS. From 8-weeks old, in the pre-symptomatic phase of disease, animals received either thiamine, DBT (200 mg/kg/day), or vehicle for 6 weeks. We examined physiological, behavioral, molecular and histological outcomes, as well as the serum metabolome using nuclear magnetic resonance (NMR). The DBT-treated mice displayed improvements in physiological outcomes, motor function and muscle atrophy compared to vehicle, and the treatment normalized levels of brain glycogen synthase kinase-3β (GSK-3β), GSK-3β mRNA and IL-1β mRNA in the spinal cord. Analysis of the metabolome revealed an increase in the levels of choline and lactate in the vehicle-treated FUS mutants alone, which is also elevated in the cerebrospinal fluid of ALS patients, and reduced glucose and lipoprotein concentrations in the FUS[1−359]‐tg mice, which were not the case in the DBT-treated mutants. The administration of thiamine had little impact on the outcome measures, but it did normalize circulating HDL levels. Thus, our study shows that DBT therapy in FUS mutants is more effective than thiamine and highlights how metabolomics may be used to evaluate therapy in this model.

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Graphical Abstract




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Highlights

O,S-dibenzoylthiamine (DBT), but not thiamine, reduces ALS-like abnormalities in FUS[1−359]‐tg mice.
Chronic dosing with DBT decreases CNS expression of GSK-3β and IL-1β.
Analysis of the serum using nuclear magnetic resonance (NMR) reveals a FUS[1−359]‐tg mice specific metabolome.
The levels of choline and lactate, glucose, and HDL in the mutants are normalized by DBT treatment
Metabolomics is a useful tool to study ALS and to evaluate therapy in FUS[1−359]‐tg mice

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Keywords : Amyotrophic lateral sclerosis, Fused in Sarcoma protein, Thiamine, Neuroinflammation, Cytokine, Lactate


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