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

用于发现和验证可恢复自闭症及相关疾病单基因病因中蛋白质表达的探针的综合平台

• 批准号: 10153890
• 负责人: Courtney A Miller
• 金额: $ 65.22万
• 依托单位: SCRIPPS FLORIDA
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-05-01 至 2024-02-29
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10153890
• 关键词: Academia; Alleles; Animal Model; Automation; Back; Biological; Biological Assay; Biology; Brain Diseases; Budgets; Chemicals; Childhood; Development; Disease; Disease model; Dose; Environment; Funding; Genes; Genetic; Genetic Models; Goals; Grant; Human; Industrialization; Learning; Libraries; Magic; Mus; Nature; Neurodevelopmental Disorder; Neurons; Patients; Pharmaceutical Preparations; Phase; Phenotype; Plant Roots; Positioning Attribute; Precision therapeutics; Procedures; Progress Reports; Proteins; Publishing; Reading; Reporting; Research; Rodent; Seizures; System; Systems Development; Testing; Therapeutic; Translating; Translations; United States National Institutes of Health; Validation; Variant; Work; assay development; autism spectrum disorder; base; brain cell; cost effective; design; disease phenotype; drug candidate; drug discovery; flexibility; high throughput screening; improved; in vivo; innovation; miniaturize; mouse model; nervous system disorder; neuropsychiatric disorder; novel; patient population; protein expression; response; scale up; screening; small molecule libraries; substance use; tool

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.

项目摘要    神经精神疾病的药物发现渠道很干燥。 使这些恢复活力的一种方法  管道将是根据初级神经元的相关疾病表型创建检测方法，  目前缺乏。 然而，一个基于真正神经元的可扩展检测开发平台，  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），目前尚不支持  存在。 在过去的八年里（分布在 NIH 资助的不同资助项目中），我们的合作小组已经  创建了一个灵活且可扩展的基于初级神经元的检测开发系统，该系统与  工业级高温超导。 我们这个项目的长期目标是优化这些程序和  支持基于神经元的 HTS 表型测定的工作流程，以便它们可以支持非常大的  筛选多达 20 万种化合物。   我们很高兴地报告，上一个预算期的进展使我们更接近实现这一目标  明确的目标。 我们发明了一种在初级神经元中创建的最先进的疾病建模测定法，即  旨在发现可逆转遗传单倍体不足的细胞后果的化合物。 的确，  很大一部分儿童脑部疾病是由单一常染色体显性变异引起的  导致遗传单倍体不足。 由这些变异引起的罕见遗传性脑部疾病提供了  翻译潜力巨大，因为疾病机制已被充分了解（即低蛋白质表达）。  因此，治疗遗传性单倍体不足性疾病的精准疗法的基本原理是发现  “神奇的子弹”化合物可以提高剩余未受损等位基因的功能性蛋白质的表达  （例如“增强化合物”）。 在这个更新项目中，我们将采用已解锁的技术创新  表型 HTS 的初级神经元的可扩展性。 作为原理验证，我们将扩大规模并  实施一项检测，报告由遗传引起的神经元中 SynGAP 低表达的逆转  SYNGAP1/Syngap1 基因的单倍体不足。 我们将小型化 HTS 兼容和疾病 对稳态内源 SynGAP 表达测定进行建模，使其与工业规模的 HTS 兼容  自动化。 实施后，我们将使用完全筛查系统筛选多达 200,000 种独特物质  基于神经元的 SynGAP 表达测定的自动化版本。 最后，使用综合的多阶段  生物验证漏斗中，我们将识别并优先考虑最可翻译的化学探针，以提高  SynGAP 蛋白质表达。 该项目的总体影响是发现多个经过验证的 SynGAP  增强化合物将提供原理证明，证明我们灵活的平台是一种有效的工具  神经系统疾病的表型药物发现。