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Novel SK channel positive modulators prevent ferroptosis and excitotoxicity in neuronal cells - 04/02/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.116163 
Yuequ Zhang a, 1, Shabnam Shaabani b, 1, Kirsty Vowinkel c, Marina Trombetta-Lima d, Angélica María Sabogal-Guáqueta a, Tingting Chen a, Jan Hoekstra b, Jan Lembeck b, Martina Schmidt a, Niels Decher c, Alexander Dömling b, , 2 , Amalia M. Dolga a,
a Department of Molecular Pharmacology, Groningen Research Institute of Pharmacy, University of Groningen, the Netherlands 
b Department of Drug Design, Groningen Research Institute of Pharmacy, University of Groningen, the Netherlands 
c Institute of Physiology and Pathophysiology, Vegetative Physiology, University of Marburg, 35037 Marburg, Germany 
d Department of Pharmaceutical Technologies and Biopharmacy, Research Institute of Pharmacy, University of Groningen, the Netherlands 

Corresponding author.⁎⁎Correspondence to: Faculty of Science and Engineering, Groningen Research Institute of Pharmacy (GRIP), Department of Molecular Pharmacology, University of Groningen, Antonius Deusinglaan 1, Groningen, the Netherlands.Faculty of Science and Engineering, Groningen Research Institute of Pharmacy (GRIP), Department of Molecular Pharmacology, University of GroningenAntonius Deusinglaan 1Groningenthe Netherlands

Abstract

Small conductance calcium-activated potassium (SK) channel activity has been proposed to play a role in the pathology of several neurological diseases. Besides regulating plasma membrane excitability, SK channel activation provides neuroprotection against ferroptotic cell death by reducing mitochondrial Ca2+ uptake and reactive oxygen species (ROS). In this study, we employed a multifaceted approach, integrating structure-based and computational techniques, to strategically design and synthesize an innovative class of potent small-molecule SK2 channel modifiers through highly efficient multicomponent reactions (MCRs). The compounds’ neuroprotective activity was compared with the well-studied SK positive modulator, CyPPA. Pharmacological SK channel activation by selected compounds confers neuroprotection against ferroptosis at low nanomolar ranges compared to CyPPA, that mediates protection at micromolar concentrations, as shown by an MTT assay, real-time cell impedance measurements and propidium iodide staining (PI). These novel compounds suppress increased mitochondrial ROS and Ca2+ level induced by ferroptosis inducer RSL3. Moreover, axonal degeneration was rescued by these novel SK channel activators in primary mouse neurons and they attenuated glutamate-induced neuronal excitability, as shown via microelectrode array. Meanwhile, functional afterhyperpolarization of the novel SK2 channel modulators was validated by electrophysiological measurements showing more current change induced by the novel modulators than the reference compound, CyPPA. These data support the notion that SK2 channel activation can represent a therapeutic target for brain diseases in which ferroptosis and excitotoxicity contribute to the pathology.

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Graphical Abstract




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Highlights

Novel SK2 channel modulators protect against ferroptosis and excitotoxicity.
The synthetized compounds preserve mitochondrial function.
Novel SK channel compounds increase SK2 channel activity.

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Keywords : SK2 channel activators, Multicomponent reaction, GBB-3CR, Ferroptosis, Excitotoxicity, Oxidative stress


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