Abstract Antisense oligonucleotides (ASOs) have emerged as one of the most innovative new genetic drug modalities, however, the high molecular weight limits their bioavailability for otherwise treatable neurological disorders. We investigated conjugation of ASOs to an antibody against the murine transferrin receptor (TfR), 8D3 130 , and evaluated it via systemic administration in mouse models of the neurodegenerative disease, spinal muscular atrophy (SMA). SMA like several other neurological and neuromuscular diseases, is treatable with single-stranded ASOs, inducing splice modulation of the survival motor neuron 2 ( SMN2 ) gene. Administration of 8D3 130 -ASO conjugate resulted in bioavailability of 2.7% of the injected dose in brain. Additionally, 8D3 130 -ASO yielded therapeutically high levels of SMN2 splicing in the central nervous system of mildly affected adult SMA mice and resulted in extended survival of severe SMA mice. Systemic delivery of nucleic acid therapies with brain targeting antibodies offers powerful translational potential for future treatments of neuromuscular and neurodegenerative diseases.

Abstract Bioactive peptides are key molecules in health and medicine. Deep learning holds a big promise for the discovery and design of bioactive peptides. Yet, suitable experimental approaches are required to validate candidates in high throughput and at low cost. Here, we established a cell- free protein synthesis (CFPS) pipeline for the rapid and inexpensive production of antimicrobial peptides (AMPs) directly from DNA templates. To validate our platform, we used deep learning to design thousands of AMPs de novo. Using computational methods, we prioritized 500 candidates that we produced and screened with our CFPS pipeline. We identified 30 functional AMPs, which we characterized further through molecular dynamics simulations, antimicrobial activity and toxicity. Notably, six de novo-AMPs feature broad-spectrum activity against multidrug-resistant pathogens and do not develop bacterial resistance. Our work demonstrates the potential of CFPS for production and testing of bioactive peptides within less than 24 hours and <10$ per screen.

ABSTRACT Spinal muscular atrophy (SMA) is a neuromuscular disorder caused by loss of survival motor neuron (SMN) protein. While SMN restoration therapies are beneficial, they are not a cure. We aimed to identify novel treatments to alleviate muscle pathology combining transcriptomics, proteomics and perturbational datasets. This revealed potential drug candidates for repurposing in SMA. One of the lead candidates, harmine, was further investigated in cell and animal models, improving multiple disease phenotypes, including SMN expression and lifespan. Our work highlights the potential of multiple, parallel data driven approaches for development of novel treatments for use in combination with SMN restoration therapies.

Abstract Inhibition of protein-protein interactions (PPIs) via designed peptides is an effective strategy to interfere with their biological functions. The Elongin BC heterodimer (ELOB/C) is involved in transcription elongation and protein turnover by PPIs that involve the so-called BC-box. ELOB and ELOC are commonly upregulated in cancer and essential for cancer cell growth, making them attractive drug targets. However, no strategy has been established to inhibit their functions in cells, so far. Here, we report a peptide that mimics a high-affinity BC-box and tightly binds to the ELOB/C dimer ( k D = 0.45 ± 0.03 nM). Our peptide blocks the association of ELOB/C with its interaction partners, both in vitro and in the cellular environment. Cancer cells treated with this peptide inhibitor show decreased cell viability, altered cell cycle and increased apoptosis. Therefore, our work proposes that blocking the BC-box binding pocket of ELOB/C is a feasible strategy to impair the function of the ELOB/C heterodimer and inhibit cancer cell growth. Our peptide inhibitor promises novel mechanistic insights into the biological function of the ELOB/C dimer and offers a starting point for therapeutics linked to ELOB/C dysfunction.