Abstract Global spread of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) continues unabated. Binding of SARS-CoV-2’s Spike protein to host angiotensin converting enzyme 2 triggers viral entry, but other proteins may participate, including neuropilin-1 receptor (NRP-1). As both Spike protein and vascular endothelial growth factor-A (VEGF-A) – a pro-nociceptive and angiogenic factor, bind NRP-1, we tested if Spike could block VEGF-A/NRP-1 signaling. VEGF-A–triggered sensory neuronal firing was blocked by Spike protein and NRP-1 inhibitor EG00229. Pro-nociceptive behaviors of VEGF-A were similarly blocked via suppression of spontaneous spinal synaptic activity and reduction of electrogenic currents in sensory neurons. Remarkably, preventing VEGF-A/NRP-1 signaling was antiallodynic in a neuropathic pain model. A ‘silencing’ of pain via subversion of VEGF-A/NRP-1 signaling may underlie increased disease transmission in asymptomatic individuals.

Abstract Somatostatin (SS) is a peptide hormone with diverse physiological roles. By investigating a deep-water clade of fish-hunting cone snails, we show that predator-prey evolution has generated a diverse set of SS analogs, each optimized to elicit specific systemic physiological effects in prey. The increased metabolic stability, distinct SS receptor activation profiles, and chemical diversity of the venom analogs make them suitable leads for therapeutic application, including pain, cancer and endocrine disorders. Our findings not only establish the existence of SS-like peptides in animal venoms, but also serve as a model for the synergy gained from combining molecular phylogenetics and behavioral observations to optimize the discovery of natural products with biomedical potential. One Sentence Summary Somatostatin drug design by fish-hunting cone snails

Abstract CRISPR-Cas9 editing is now the leading method for genome editing and is being advanced for the treatment of human disease. CRIPSR editing could have many applications for treatment of neurological diseases, including pain but traditional viral vector delivery approaches have neurotoxicity limiting their use. Overcoming these issues could open the door for genome editing treatments for diseases like intractable pain where the dorsal root ganglia (DRG) would be the desired target. To this end, we describe a simple method for viral-vector-independent transfection of primary human DRG (hDRG) neurons for CRISPR-Cas9 editing. As proof of principle, we edited TRPV1, NTSR2 , and CACNA1E using a lipofection method with CRISPR-Cas9 plasmids containing reporter tags (GFP or mCherry). Transfection was successful as demonstrated by the expression of the reporters as early as two days in vitro . CRISPR-Cas9 editing was confirmed at the genome level with insertion and deletion detection system T7-endonuclease-I assay; protein level with immunocytochemistry and Western blot; and functional level through capsaicin-induced Ca 2+ accumulation in a high-throughput compatible fluorescent imaging plate reader (FLIPR) system. This work establishes a reliable, target specific, non-viral CRISPR-Cas9-mediated genetic editing in primary human neurons with potential for future clinical application for intractable pain. Teaser We describe a non-viral transfection method for CRISPR-Cas9 gene editing in human dorsal root ganglion neurons.

Inhibition of voltage-gated calcium (CaV) channels is a potential therapy for many neurological diseases including chronic pain. Neuronal CaV1/CaV2 channels are composed of α, β and α2δ subunits. The β-subunits of CaV channels are cytoplasmic proteins that increase the surface expression of the pore-forming α subunit of CaV. We targeted the high-affinity protein-protein interface of CaVβ pocket within the CaVα-subunit. Structure-based virtual screening of 50,000 small molecule library docked to the β-subunit led to the identification of 2-(3,5-dimethylisoxazol-4-yl)-N-((4-((3-phenylpropyl)amino)quinazolin-2-yl)methyl)acetamide (compound 45). This small molecule bound to CaVβ and inhibited its coupling with N-type voltage-gated calcium (CaV2.2) channels, leading to a reduction in CaV2.2 currents in rat dorsal root ganglion (DRG) sensory neurons, decreased pre-synaptic localization of CaV2.2 in vivo, decreased frequency of spontaneous excitatory post-synaptic potentials (sEPSC), and inhibited release of the nociceptive neurotransmitter calcitonin gene related peptide (CGRP) from spinal cord. 45 was antinociceptive in naive animals and reversed allodynia and hyperalgesia in models of acute (post-surgical) and neuropathic (spinal nerve ligation, chemotherapy- and gp120- induced peripheral neuropathy, and genome-edited neuropathy) pain. 45 did not cause akinesia or motor impairment, a common adverse effect of CaV2.2 targeting drugs, when injected into the brain. 45, a quinazoline analog, represents a novel class of CaV2.2-targeting compounds that may serve as probes to interrogate CaVα-β function and ultimately be developed as a non-opioid therapeutic for chronic pain.

Persistent pain affects one in five people worldwide, often with severely debilitating consequences. Current treatment options, which can be effective for mild or acute pain, are ill-suited for moderate-to-severe persistent pain, resulting in an urgent need for new therapeutics. In recent years, the somatostatin receptor 4 (SSTR4), which is expressed in sensory neurons of the peripheral nervous system, has emerged as a promising target for pain relief. However, the presence of several closely related receptors with similar ligand-binding surfaces complicates the design of receptor-specific agonists. In this study, we report the discovery of a potent and selective SSTR4< peptide, consomatin Fj1, derived from extensive venom gene datasets from marine cone snails. Consomatin Fj1 is a mimetic of the endogenous hormone somatostatin and contains a minimized binding motif that provides stability and drives peptide selectivity. Peripheral administration of synthetic consomatin Fj1 provided analgesia in mouse models of postoperative and neuropathic pain. Using structure-activity studies, we designed and functionally evaluated several Fj1 analogs, resulting in compounds with improved potency and selectivity. Our findings present a novel avenue for addressing persistent pain through the design of venom-inspired SSTR4-selective pain therapeutics.

Antagonists (e.g., Ziconotide, Gabapentin) of the CaV2.2 (N-type) calcium channels are used clinically as analgesics for chronic pain. However, their use is limited by narrow therapeutic windows, difficult dosing routes (Ziconotide), misuse and overdoses (Gabapentin), as well as a litany of adverse effects. Expansion of novel pain therapeutics may emerge from mechanism-based interrogation of CaV2.2. Here we report the identification of C2230, an aryloxy-hydroxypropylamine, as a CaV2.2 blocker. C2230 trapped and stabilized inactivated CaV2.2 in a slow-recovering state and accelerated the open-state inactivation of the channel, conferring an advantageous use-dependent inhibition profile. C2230 inhibited CaV2.2 during high-frequency stimulation, while sparing other voltage-gated ion channels. C2230 inhibited CaV2.2 in dorsal root and trigeminal ganglia neurons from rats, marmosets, and humans in a G-protein-coupled receptor-independent manner. Further, C2230 reduced evoked excitatory postsynaptic currents and excitatory neurotransmitter release in the spinal cord, leading to relief of neuropathic, orofacial, and osteoarthritic pain-like behaviors via three different routes of administration. C2230 also decreased fiber photometry-based calcium responses in the parabrachial nucleus, mitigated aversive behavioral responses to mechanical stimuli after neuropathic injury, and preserved protective pain responses, all without affecting motor or cardiovascular function. Finally, site-directed mutation analysis demonstrated that C2230 binds differently than other known CaV2.2 blockers, making it a promising lead compound for analgesic development.