Celiac Sprue, a widely prevalent autoimmune disease of the small intestine, is induced in genetically susceptible individuals by exposure to dietary gluten. A 33-mer peptide was identified that has several characteristics suggesting it is the primary initiator of the inflammatory response to gluten in Celiac Sprue patients. In vitro and in vivo studies in rats and humans demonstrated that it is stable toward breakdown by all gastric, pancreatic, and intestinal brush-border membrane proteases. The peptide reacted with tissue transglutaminase, the major autoantigen in Celiac Sprue, with substantially greater selectivity than known natural substrates of this extracellular enzyme. It was a potent inducer of gut-derived human T cell lines from 14 of 14 Celiac Sprue patients. Homologs of this peptide were found in all food grains that are toxic to Celiac Sprue patients but are absent from all nontoxic food grains. The peptide could be detoxified in in vitro and in vivo assays by exposure to a bacterial prolyl endopeptidase, suggesting a strategy for oral peptidase supplement therapy for Celiac Sprue.

Aging and psychosocial stress are associated with increased inflammation and disease risk, but the underlying molecular mechanisms are unclear. Because both aging and stress are also associated with lasting epigenetic changes, a plausible hypothesis is that stress along the lifespan could confer disease risk through epigenetic effects on molecules involved in inflammatory processes. Here, by combining large-scale analyses in human cohorts with experiments in cells, we report that FKBP5, a protein implicated in stress physiology, contributes to these relations. Across independent human cohorts (total n > 3,000), aging synergized with stress-related phenotypes, measured with childhood trauma and major depression questionnaires, to epigenetically up-regulate FKBP5 expression. These age/stress-related epigenetic effects were recapitulated in a cellular model of replicative senescence, whereby we exposed replicating human fibroblasts to stress (glucocorticoid) hormones. Unbiased genome-wide analyses in human blood linked higher FKBP5 mRNA with a proinflammatory profile and altered NF-κB–related gene networks. Accordingly, experiments in immune cells showed that higher FKBP5 promotes inflammation by strengthening the interactions of NF-κB regulatory kinases, whereas opposing FKBP5 either by genetic deletion (CRISPR/Cas9-mediated) or selective pharmacological inhibition prevented the effects on NF-κB. Further, the age/stress-related epigenetic signature enhanced FKBP5 response to NF-κB through a positive feedback loop and was present in individuals with a history of acute myocardial infarction, a disease state linked to peripheral inflammation. These findings suggest that aging/stress-driven FKBP5–NF-κB signaling mediates inflammation, potentially contributing to cardiovascular risk, and may thus point to novel biomarker and treatment possibilities.

Abstract The stress response is an essential mechanism that strives to maintain homeostasis, and its disruption is implicated in several psychiatric disorders. As a cellular response to stressors, autophagy is activated to regulate homeostasis through protein degradation and recycling. Secretory autophagy is a recently described pathway where autophagosomes fuse with the plasma membrane rather than lysosomes. In this study, we demonstrate that glucocorticoid-mediated stress enhances secretory autophagy, via the stress-responsive co-chaperone FK506-binding protein 51. We identified the matrix metalloproteinase 9 (MMP9) as one of the stress-induced secreted proteins. Using cellular assays and in vivo microdialysis, we further found that stress-enhanced MMP9 secretion increases the cleavage of pro-brain derived neurotrophic factor (proBDNF) to its mature form. BDNF is essential for adult synaptic plasticity and its pathway is associated with major depression and posttraumatic stress disorder. These findings unravel a novel mechanistic link between stress, stress adaptation and the development of psychiatric disorders, with possible therapeutic implications.

PROTACs, proteolysis targeting chimeras, are bifunctional molecules inducing protein degradation through a unique proximity-based mode of action. While offering several advantages unachievable by classical drugs, PROTACs have unfavorable physicochemical properties that pose challenges in application and formulation. In this study, we show the solubility enhancement of two PROTACs, ARV-110 and SelDeg51, using Poly(vinyl alcohol). Hereby, we apply a three-fluid nozzle spray drying set-up to generate an amorphous solid dispersion with a 30% w/w drug loading with the respective PROTACs and the hydrophilic polymer. Dissolution enhancement was achieved and demonstrated for t = 0 and t = 4 weeks at 5 °C using a phosphate buffer with a pH of 6.8. A pH shift study on ARV-110-PVA is shown, covering transfer from simulated gastric fluid (SGF) at pH 2.0 to fasted-state simulated intestinal fluid (FaSSIF) at pH 6.5. Additionally, activity studies and binding assays of the pure SelDeg51 versus the spray-dried SelDeg51-PVA indicate no difference between both samples. Our results show how modern enabling formulation technologies can partially alleviate challenging physicochemical properties, such as the poor solubility of increasingly large ‘small’ molecules.

Macrocycles are increasingly considered as promising modalities to target challenging intracellular proteins. However, strategies for transitioning from active linear starting points to improved macrocycles are still underdeveloped. Here we explored the derivatization of linkers as an approach for macrocycle optimization. Using the FK506‐binding protein 51 (FKBP51) as a model system we prepared >140 macrocycles with systematically derivatized linkers. Two backbones were identified as promising frameworks for subsequent optimization. Surprisingly, co‐crystal structure analyses revealed that these chemical templates represent an ensemble of three‐dimensional (3D) conformations that can give rise to several distinct 3D‐scaffolds. This resulted in a set of macrocycles with consistently improved affinity, plasma stability, and aqueous solubility compared to the linear precursors or the non‐functionalized macrocycles. Our results highlight linkers as an opportunity for macrocyclic drug development, show how linker derivatization can improve the performance of macrocycles, and emphasizes the need to track macrocyclic scaffold evolution at a three‐dimensional level.

Macrocycles are increasingly considered as promising modalities to target challenging intracellular proteins. However, strategies for transitioning from active linear starting points to improved macrocycles are still underdeveloped. Here we explored the derivatization of linkers as an approach for macrocycle optimization. Using the FK506‐binding protein 51 (FKBP51) as a model system we prepared >140 macrocycles with systematically derivatized linkers. Two backbones were identified as promising frameworks for subsequent optimization. Surprisingly, co‐crystal structure analyses revealed that these chemical templates represent an ensemble of three‐dimensional (3D) conformations that can give rise to several distinct 3D‐scaffolds. This resulted in a set of macrocycles with consistently improved affinity, plasma stability, and aqueous solubility compared to the linear precursors or the non‐functionalized macrocycles. Our results highlight linkers as an opportunity for macrocyclic drug development, show how linker derivatization can improve the performance of macrocycles, and emphasizes the need to track macrocyclic scaffold evolution at a three‐dimensional level.

Macrocycles are abundantly used by nature to enable cell‐permeable bioactive molecules. Synthetic non‐peptidic macrocycles are also increasingly considered as modalities for difficult‐to‐bind proteins but guidelines for macrocyclization are only beginning to emerge. Macrocycles are thought to constrain the available conformations but also to allow for residual flexibility, the latter being poorly understood. Here we show that even medium‐sized macrocycles display an unexpected high conformational plasticity, even when bound to their protein target. Minor modification of the linker region of macrocycles can shift the conformational ensemble to distinct conformational subclasses, each constituting distinct three‐dimensional scaffolds for further optimization. This led to several new ligands with improved affinity and beneficial physicochemical parameters for the FK506‐binding protein 51, a promising target for depression, obesity and chronic pain. Importantly, none of the beneficial modifications could have been identified by classical medicinal chemistry as they only work in the macrocyclic context. Our results show that macrocyclization can do more than keeping loose ends together but rather provide a platform for multiple series of macrocycles with distinct binding modes.