Drugs that provide the splice of life Motor neurons relay signals from the nervous system to muscle fibers. In patients with spinal muscular atrophy, a protein required for the survival of these neurons is deficient or missing altogether, so the neurons gradually die and the patients' muscles waste away. The disease is currently untreatable. Naryshkin et al. discovered small-molecule drugs that cause cells to produce the missing protein by altering how a specific mRNA is put together, or “spliced” (see the Perspective by Vigevani and Valcárcel). When the researchers used the drugs to treat diseased mice, the mice showed marked improvement in muscle mass, motor function, and survival. Science , this issue p. 688 ; see also p. 624

SMA is an inherited disease that leads to loss of motor function and ambulation and a reduced life expectancy. We have been working to develop orally administrated, systemically distributed small molecules to increase levels of functional SMN protein. Compound 2 was the first SMN2 splicing modifier tested in clinical trials in healthy volunteers and SMA patients. It was safe and well tolerated and increased SMN protein levels up to 2-fold in patients. Nevertheless, its development was stopped as a precautionary measure because retinal toxicity was observed in cynomolgus monkeys after chronic daily oral dosing (39 weeks) at exposures in excess of those investigated in patients. Herein, we describe the discovery of 1 (risdiplam, RG7916, RO7034067) that focused on thorough pharmacology, DMPK and safety characterization and optimization. This compound is undergoing pivotal clinical trials and is a promising medicine for the treatment of patients in all ages and stages with SMA.

SUMMARY The coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic has created an urgent need for therapeutics that inhibit the SARS-CoV-2 virus and suppress the fulminant inflammation characteristic of advanced illness. Here, we describe the anti-COVID-19 potential of PTC299, an orally available compound that is a potent inhibitor of dihydroorotate dehydrogenase (DHODH), the rate-limiting enzyme of the de novo pyrimidine biosynthesis pathway. In tissue culture, PTC299 manifests robust, dose-dependent, and DHODH-dependent inhibition of SARS CoV-2 replication (EC 50 range, 2.0 to 31.6 nM) with a selectivity index >3,800. PTC299 also blocked replication of other RNA viruses, including Ebola virus. Consistent with known DHODH requirements for immunomodulatory cytokine production, PTC299 inhibited the production of interleukin (IL)-6, IL-17A (also called IL-17), IL-17F, and vascular endothelial growth factor (VEGF) in tissue culture models. The combination of anti-SARS-CoV-2 activity, cytokine inhibitory activity, and previously established favorable pharmacokinetic and human safety profiles render PTC299 a promising therapeutic for COVID-19.

Pre-mRNA splicing is a key control point in human gene expression. Disturbances in splicing due to mutation or aberrant splicing regulatory networks lead to dysregulated protein expression and contribute to a substantial fraction of human disease. Several classes of active and selective splicing modulator compounds have been recently identified, thus proving that pre-mRNA splicing is a viable target for therapy. We describe herein the identification of BPN-15477, a novel splicing modulator compound, that restores correct splicing of exon 20 in the Elongator complex protein 1 (ELP1) gene carrying the major IVS20+6T>C mutation responsible for familial dysautonomia. We then developed a machine learning approach to evaluate the therapeutic potential of BPN-15477 to correct splicing in other human genetic diseases. Using transcriptome sequencing from compound-treated fibroblast cells, we identified treatment responsive sequence signatures, the majority of which center at the 5-prime splice site of exons whose inclusion or exclusion is modulated by SMC treatment. We then leveraged this model to identify 155 human disease genes that harbor ClinVar mutations predicted to alter pre-mRNA splicing as potential targets for BPN-15477 treatment. Using in vitro splicing assays, we validated representative predictions by demonstrating successful correction of splicing defects caused by mutations in genes responsible for cystic fibrosis (CFTR), cholesterol ester storage disease (LIPA), Lynch syndrome (MLH1) and familial frontotemporal dementia (MAPT). Our study shows that deep learning techniques can identify a complex set of sequence signatures and predict response to pharmacological modulation, strongly supporting the use of in silico approaches to expand the therapeutic potential of drugs that modulate splicing.

Abstract Familial Dysautonomia (FD) is a rare neurodegenerative disease caused by a splicing mutation in the Elongator complex protein 1 gene ( ELP1 ). This mutation leads to the skipping of exon 20 and a tissue-specific reduction of ELP1 protein, mainly in the central and peripheral nervous systems. FD is a complex neurological disorder accompanied by severe gait ataxia and retinal degeneration. There is currently no effective treatment to restore ELP1 protein expression in individuals with FD, and the disease is ultimately fatal. After identifying kinetin as a small molecule able to correct the ELP1 splicing defect, we worked on its optimization to generate novel splicing modulator compounds (SMCs) that can be used in patients. Here, we optimize the potency, efficacy, and bio-distribution of second-generation kinetin derivatives to develop an oral treatment for FD that can efficiently pass the blood-brain barrier and correct the ELP1 splicing defect in the nervous system. We demonstrate that the novel compound, PTC258, efficiently restores correct ELP1 splicing in mouse tissues, including brain, and most importantly, prevents the progressive neuronal degeneration that is characteristic of FD. Postnatal oral administration of PTC258 to the phenotypic mouse model TgFD9;Elp1 Δ20/flox increases full-length ELP1 transcript in a dose-dependent manner and leads to a two-fold increase in functional ELP1 protein in the brain. Remarkably, PTC258 treatment improves survival, gait ataxia, and retinal degeneration in the phenotypic FD mice. Our findings highlight the great therapeutic potential of this novel class of small molecules as an oral treatment for FD.