Neuropathic pain results from damage to the peripheral sensory nervous system, which may have a number of causes. The calcium channel subunit alpha(2)delta-1 is upregulated in dorsal root ganglion (DRG) neurons in several animal models of neuropathic pain, and this is causally related to the onset of allodynia, in which a non-noxious stimulus becomes painful. The therapeutic drugs gabapentin and pregabalin (PGB), which are both alpha(2)delta ligands, have antiallodynic effects, but their mechanism of action has remained elusive. To investigate this, we used an in vivo rat model of neuropathy, unilateral lumbar spinal nerve ligation (SNL), to characterize the distribution of alpha(2)delta-1 in DRG neurons, both at the light- and electron-microscopic level. We found that, on the side of the ligation, alpha(2)delta-1 was increased in the endoplasmic reticulum of DRG somata, in intracellular vesicular structures within their axons, and in the plasma membrane of their presynaptic terminals in superficial layers of the dorsal horn. Chronic PGB treatment of SNL animals, at a dose that alleviated allodynia, markedly reduced the elevation of alpha(2)delta-1 in the spinal cord and ascending axon tracts. In contrast, it had no effect on the upregulation of alpha(2)delta-1 mRNA and protein in DRGs. In vitro, PGB reduced plasma membrane expression of alpha(2)delta-1 without affecting endocytosis. We conclude that the antiallodynic effect of PGB in vivo is associated with impaired anterograde trafficking of alpha(2)delta-1, resulting in its decrease in presynaptic terminals, which would reduce neurotransmitter release and spinal sensitization, an important factor in the maintenance of neuropathic pain.

Abstract A GGGGCC hexanucleotide repeat expansion in the C9orf72 gene is the most common genetic cause of amyotrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia (C9 ALS / FTD ). C9orf72 encodes two C9orf72 protein isoforms of unclear function. Reduced levels of C9orf72 expression have been reported in C9 ALS / FTD patients, and although C9orf72 haploinsufficiency has been proposed to contribute to C9 ALS / FTD , its significance is not yet clear. Here, we report that C9orf72 interacts with Rab1a and the Unc‐51‐like kinase 1 ( ULK 1) autophagy initiation complex. As a Rab1a effector, C9orf72 controls initiation of autophagy by regulating the Rab1a‐dependent trafficking of the ULK 1 autophagy initiation complex to the phagophore. Accordingly, reduction of C9orf72 expression in cell lines and primary neurons attenuated autophagy and caused accumulation of p62‐positive puncta reminiscent of the p62 pathology observed in C9 ALS / FTD patients. Finally, basal levels of autophagy were markedly reduced in C9 ALS / FTD patient‐derived iN eurons. Thus, our data identify C9orf72 as a novel Rab1a effector in the regulation of autophagy and indicate that C9orf72 haploinsufficiency and associated reductions in autophagy might be the underlying cause of C9 ALS / FTD ‐associated p62 pathology.

Abstract Hexanucleotide repeat expansions in C9ORF72 are the most common genetic cause of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD), a spectrum of incurable debilitating neurodegenerative diseases. Here, we report a novel ALS/FTD drug concept with in vivo and in vitro therapeutic activity in preclinical models of C9ORF72-ALS/FTD. Our data demonstrate that supplementation or oral administration of a cell-penetrant peptide, which competes with the SRSF1:NXF1 interaction, confers neuroprotection by inhibiting the nuclear export of pathological C9ORF72 -repeat transcripts in various models of disease including primary neurons, patient-derived motor neurons and Drosophila . Our drug-like rationale for disrupting the nuclear export of microsatellite repeat transcripts in neurological disorders provides a promising alternative to conventional small molecule inhibitors often limited by poor blood-brain barrier penetrance.

Mutations in LRRK2 are the most common cause of dominantly inherited Parkinson's disease (PD). A proportion of LRRK2 PD exhibits Lewy pathology with accumulations of α-synuclein and ubiquitin in intracellular aggregates that are indistinguishable from idiopathic PD. LRRK2 is a multi-domain protein with both GTPase and kinase activities that has been shown to affect various cellular processes including protein homeostasis, however how PD mutations in LRRK2 may lead to accumulation of ubiquitinated protein aggregates remains unclear. A main cellular pathway to remove aggregated ubiquitinated proteins is aggrephagy: the histone deacetylase HDAC6 recognizes ubiquitinated misfolded proteins and recruits them to the molecular motor cytoplasmic dynein which transports them to the perinuclear region where they are trapped in aggresomes that are subsequently removed by macroautophagy. Here we identified HDAC6 as a novel LRRK2 substrate and show that LRRK2 regulates HDAC6-dependent aggresome formation. LRRK2 directly interacted with the HDAC6 deacetylase domains via its Roc domain and phosphorylated HDAC6 on serine-22. Serine-22 phosphorylation of HDAC6 enhanced its interaction with cytoplasmic dynein and stimulated recruitment of ubiquitinated proteins to aggresomes. Knockdown or knockout of LRRK2 impaired HDAC6-mediated aggresome formation. PD mutant LRRK2 G2019S showed reduced interaction with HDAC6 and did not support aggresome formation to the same extend as wild type LRRK2. This was recapitulated in LRRK2 G2019S patient-derived iAstrocytes that showed an aggresome formation defect. In conclusion our data reveal HDAC6 as a target of LRRK2 and suggest that deregulation of HDAC6-mediated aggresome formation and aggrephagy could contribute to the pathology of PD.