The microtubule (MT) cytoskeleton plays a critical role in axon growth and guidance. Here, we identify the MT severing enzyme fidgetin-like 2 (FL2) as a negative regulator of axonal regeneration and a potential therapeutic target for promoting neural regeneration after injury. Genetic knockout of FL2 in cultured adult dorsal root ganglion (DRG) neurons resulted in longer axons and attenuated growth cone retraction in response to inhibitory molecules. Given the axonal growth-promoting effects of FL2 depletion in vitro, we tested whether the enzyme could be targeted to promote regeneration in a rodent model of peripheral nerve injury. In the model used in our experiments, the cavernous nerves (CN) are either crushed or transected, mimicking nerve injury caused by radical prostatectomy (RP). As with patients, CN injury results in erectile dysfunction, for which there are presently poor treatment options. At the time of injury, FL2-siRNA or control-siRNA was applied to the site using nanoparticles or chondroitin sulfate microgels as delivery agents. Treatment significantly enhanced functional nerve recovery, as determined by cavernosometry (measurements of corporal blood pressure in response to electrostimulation of the nerve). Remarkably, following complete bilateral nerve transection, visible and functional nerve regeneration was observed in 7 out of 8 animals treated with FL2-siRNA. In contrast, no control-siRNA treated animals showed regeneration. These observations suggest a novel therapeutic approach to treat peripheral nerve injury, particularly injuries resulting from surgical procedures such as RP, where treatments depleting FL2 could be applied locally at the time of injury.

Abstract Purpose To determine the efficacy of nanoparticle-encapsulated FL2 siRNA (FL2-NPsi), a novel therapeutic agent targeting the Fidgetin-like 2 (FL2) gene, for the treatment of corneal alkaline chemical injury. Methods Eighty 12-week-old, male Sprague-Dawley rats were divided evenly into 8 treatment groups: prednisolone, empty nanoparticles, control-NPsi (1 μM, 10 μM, 20 μM) and FL2-NPsi (1 μM, 10 μM, 20 μM). An alkaline burn was induced onto the cornea of each rat, which was then treated for 14 days according to group assignment. Clinical (N=10 per group), histopathologic (N=6 per group), and immunohistochemical (N=4 per group) analyses were conducted to assess for wound healing. FL2-NPsi-mediated knockdown of FL2 was confirmed by in vitro qPCR. Toxicity assays were performed to assess for apoptosis (TUNEL assay, N=3 per group) and nerve damage (whole mount immunochemical staining, N=2 per group). Statistical analyses were performed using student’s t-test and ANOVA. Results Compared to controls, FL2-NPsi-treated groups demonstrated enhanced corneal wound healing, with the 10 and 20 μM FL2-NPsi-treated groups demonstrating maximum rates of corneal re-epithelialization (p=0.0003 at Day 4 and p<0.0001 at Day 8) as assessed by ImageJ software, enhanced corneal transparency, and improved stromal organization on histology. Immunohistochemical analysis of vascular endothelial cells, macrophages, and neutrophils did not show significant differences between treatment groups. FL2-NPsi was not found to be toxic to nerves or induce apoptosis (p=0.917). Conclusion Dose-response studies found both 10 and 20 μM FL2-NPsi to be efficacious in this rat model. FL2-NPsi may offer a novel treatment for corneal alkaline chemical injuries.