Integrated Platform for Discovery and Validation of Probes that Restore Protein Expression in Single-Gene Causes of Autism and Related Disorders

项目摘要 神经精神疾病的药物发现管道是干燥的。一种方法来振兴这些 管道将是建立基于原代神经元中相关疾病表型的检测方法， 目前缺乏。然而，基于真正神经元的可扩展的测定开发平台， 仍然具有成本效益，并且可以支持工业水平的高通量筛选（HTS）， 存在.在过去的八年里（分布在不同的NIH赞助的赠款），我们的合作小组已经 创建了一个灵活的和可扩展的主要神经元的基于检测开发系统， 工业级高温超导。我们对这个项目的长期目标是优化这些程序， 支持基于神经元的HTS表型测定的工作流程， 筛选多达20万种化合物。 我们高兴地报告，上一个预算期间取得的进展使我们更接近这一目标 陈述的目标。我们已经发明了一种最先进的疾病模型试验， 旨在发现逆转遗传单倍不足的细胞后果的化合物。的确， 相当大比例的儿童期脑疾病是由单一的常染色体显性变异引起的 导致遗传单倍不足。由这些变异引起的罕见的遗传性大脑疾病提供了 翻译的潜力很大，因为疾病机制已被充分理解（即低蛋白表达）。 因此，用于治疗遗传性单倍不足疾病的基本原理精确疗法将是发现 “魔术子弹”化合物，提高剩余未受损等位基因的功能蛋白质表达 (e.g.“促进化合物”）。在这个更新项目中，我们将采用技术创新， 表型HTS的原代神经元的可扩展性。作为原则证明，我们将扩大规模， 实施一种报告由遗传因素引起神经元中低SynGAP表达逆转的测定 SYNGAP 1/Syngap 1基因的单倍不足。我们将研制出一种高温超导体兼容的 模拟稳态内源性SynGAP表达测定，使其与工业规模HTS相容 自动化.一旦实施，我们将使用一个完全的 基于神经元的SynGAP表达测定的自动化版本。最后，采用综合多阶段 生物验证漏斗，我们将确定并优先考虑最可翻译的化学探针， SynGAP蛋白表达。该项目的总体影响是发现了多个经过验证的SynGAP 推进化合物将提供证据证明我们的灵活平台是一种有效的工具， 用于神经系统疾病的表型药物发现。

PROJECT SUMMARY    Drug discovery pipelines for neuropsychiatric disorders are dry. One approach to rejuvenating these  pipelines would be to create assays based on relevant disease phenotypes in primary neurons, something that  is currently lacking. However, a scalable assay development platform that is based on bona fide neurons,  remains cost effective, and that can support industrial level high-­throughput screening (HTS) does not currently  exist. Over the past eight years (spread across different NIH-­sponsored grants), our collaborative group has  created a flexible and scalable primary neuron-­based assay development system that is compatible with  industrial-­level HTS. Our long-­standing goal for this project has been to optimize these procedures and  workflows to support neuron-­based HTS phenotypic assays so that they can support very large  screening campaigns of up to 200K compounds.   We are happy to report that progress over the last budget period has pushed us closer toward this  stated goal. We have invented a state-­of-­the-­art, disease-­modeling assay created in primary neurons that is  designed to discover compounds that reverse the cellular consequences of genetic haploinsufficiency. Indeed,  a substantial proportion of childhood brain disorders are caused by single autosomal dominant variants  resulting in genetic haploinsufficiency. The rare genetic brain disorders that arise from these variants offer  great potential for translation because the disease mechanism is well-­understood (i.e. low protein expression).  Therefore, a rationale precision therapy for treating genetic haploinsufficiency disorders would be to discover  “magic bullet” compounds that raise expression of functional proteins from the remaining undamaged allele  (e.g. “boosting compounds”). In this renewal project, we will employ technical innovations that have unlocked  the scalability of primary neurons for phenotypic HTS. As a proof-­of-­principle, we will scale-­up and  implement an assay that reports reversal of low SynGAP expression in neurons caused by genetic  haploinsufficiency of the SYNGAP1/Syngap1 gene. We will miniaturize an HTS-­compatible and disease-­ modeling steady-­state endogenous SynGAP expression assay so that it is compatible with industrial scale HTS  automation. Once implemented, we will then screen up to 200,000 unique substances using a completely  automated version of the neuron-­based SynGAP expression assay. Finally, using a comprehensive multi-­stage  biological validation funnel, we will identify and prioritize the most translatable chemical probes that raise  SynGAP protein expression. The overall impact of this project is that discovery of multiple, validated SynGAP  boosting compounds would provide proof-­of-­principle that our flexible platform is an effective tool for  phenotypic drug discovery for nervous system disorders.