Neuropilin-1 (NRP-1) is a multifunctional transmembrane receptor for ligands that affect developmental axonal growth and angiogenesis. In addition to a role in cancer, NRP-1 is a reported entry point for several viruses, including severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the causal agent of coronavirus disease 2019 (COVID-19). The furin cleavage product of SARS-CoV-2 Spike protein takes advantage of the vascular endothelial growth factor A (VEGF-A) binding site on NRP-1 which accommodates a polybasic stretch ending in a C-terminal arginine. This site has long been a focus of drug discovery efforts for cancer therapeutics. We recently showed that interruption of the VEGF-A/NRP-1 signaling pathway ameliorates neuropathic pain and hypothesize that interference of this pathway by SARS-CoV-2 Spike protein interferes with pain signaling. Here, we report confirmed hits from a small molecule and natural product screen of nearly 0.5 million compounds targeting the VEGF-A binding site on NRP-1. We identified nine chemical series with lead- or drug-like physicochemical properties. Using ELISA, we demonstrate that six compounds disrupt VEGF-A-NRP-1 binding more effectively than EG00229, a known NRP-1 inhibitor. Secondary validation in cells revealed that all tested compounds inhibited VEGF-A triggered VEGFR2 phosphorylation. Further, two compounds displayed robust inhibition of a recombinant vesicular stomatitis virus protein that utilizes the SARS-CoV-2 Spike for entry and fusion. These compounds represent a first step in a renewed effort to develop small molecule inhibitors of the VEGF-A/NRP-1 signaling for the treatment of neuropathic pain and cancer with the added potential of inhibiting SARS-CoV-2 virus entry.

Osteoarthritis (OA) is a highly prevalent and disabling joint disease, characterized by pathological progressive joint deformation and clinical symptoms of pain. Disease-modifying treatments remain unavailable, and pain-mitigation is often suboptimal, but recent studies suggest beneficial effects by inhibition of the voltage-gated sodium channel NaV1.7. We previously identified compound 194 as an indirect inhibitor of NaV1.7 by preventing SUMOylation of the NaV1.7-trafficking protein, collapsin response mediator protein 2. Compound 194 reduces the functional activity of NaV1.7 channels and produces effective analgesia in a variety of acute and neuropathic pain models. However, its effectiveness has not yet been evaluated in models of OA. Here, we explore the effects of 194 on pain-related outcomes in the OA-like monoiodoacetate model using behavioral assessment, biochemistry, novel in vivo fiber photometry, and patch clamp electrophysiology. We found that the monoiodoacetate model induced (1) increased pain-like behaviors and calcium responses of glutamatergic neurons in the parabrachial nucleus after evoked cold and mechanical stimuli, (2) conditioned place aversion to mechanical stimulation, (3) functional weight bearing asymmetry, (4) increased sodium currents in dorsal root ganglia neurons, and (5) increased calcitonin gene-related peptide-release in the spinal cord. Crucially, administration of 194 improved all these pain-related outcomes. Collectively, these findings support indirect inhibition of NaV1.7 as an effective treatment of OA-related pain through the inhibition of collapsin response mediator protein 2-SUMOylation via compound 194.

Abstract Despite identification of several small molecules directly targeting the voltage-gated sodium channel NaV1.7, none has been clinically successful. We reported that preventing addition of a small ubiquitin-like modifier (SUMO) on the NaV1.7-interacting cytosolic collapsin response mediator protein 2 (CRMP2) blocked NaV1.7 functions and was antinociceptive in rodents. Here, we discovered a 15 amino acid CRMP2 regulatory sequence (CRS) unique to NaV1.7 that is essential for this regulatory coupling. CRMP2 preferentially bound to the NaV1.7 CRS over other isoforms. Substitution of the NaV1.7 CRS with the homologous domains from the other eight voltage-gated sodium channel isoforms decreased tetrodotoxin-sensitive NaV1.7 currents in rodent sensory neurons. A cell-penetrant version of NaV1.7-CRS reduced NaV1.7 currents and trafficking, decreased presynaptic NaV1.7 localization, reduced spinal neurotransmitter release, and reversed mechanical allodynia in a rat spared nerve injury model of neuropathic pain. Interfering with NaV1.7-CRMP2 coupling did not produce motor impairment and spared thermal, inflammatory, and post-surgical nociception. As proof-of-concept for NaV1.7-targeted gene therapy, we found that NaV1.7-CRS packaged into an adeno-associated virus recapitulated the effects on NaV1.7 function in both rodent and rhesus macaque sensory neurons and both reversed and prevented the development of mechanical allodynia in a neuropathic pain model in male and female rodents. One Sentence Summary A novel regulatory domain on the voltage gated sodium channel NaV1.7 that can be targeted to produce analgesia.

We report an efficient semisynthesis of the cholestane steroidal alkaloid (−)-veragranine A with a 6/6/6/5/6/6 hexacyclic ring system, eight stereocenters, and a unique C12–C23 linkage. Our synthesis features a Schönecker–Baran C–H oxidation at C12, a Suzuki–Miyaura cross-coupling to form the C12–C23 bond, and a hydrogen atom transfer (HAT)-initiated Minisci C–H cyclization to forge the C20–C22 bond with desired stereochemistry at C20. These enabling transformations significantly enhanced the overall synthetic efficiency and delivered (−)-veragranine A in 11 steps and over 200 mg from cheap and readily available dehydroepiandrosterone. In addition, this approach allowed flexible syntheses of novel synthetic analogs for biological evaluations in sensory neurons in vitro and in an in vivo model of arthritic pain, from which two novel lead compounds were identified for further development.

-palmitoylation, a reversible lipid post-translational modification, regulates the functions of numerous proteins. Voltage-gated sodium channels (Na

Abstract Osteoarthritis (OA) represents a significant pain challenge globally, as current treatments are limited and come with substantial and adverse side effects. Voltage-gated calcium channels have proved to be pharmacologically effective targets, with multiple FDA-approved CaV2.2 modulators available for the treatment of pain. Although effective, drugs targeting CaV2.2 are complicated by the same obstacles facing other pain therapeutics-invasive routes of administration, narrow therapeutic windows, side effects, and addiction potential. We have identified a key regulator of CaV2.2 channels, collapsing response mediator protein 2 (CRMP2), that allows us to indirectly regulate CaV2.2 expression and function. We developed a peptidomimetic modulator of CRMP2, CBD3063, that effectively reverses neuropathic and inflammatory pain without negative side effects by reducing membrane expression of CaV2.2. Using a rodent model of OA, we demonstrate the intraperitoneal administration of CBD3063 alleviates both evoked and non-evoked behavioral hallmarks of OA pain. Further, we reveal that CBD3063 reduces OA-induced increased neural activity in the parabrachial nucleus, a key supraspinal site modulating the pain experience. Together, these studies suggest CBD3063 is an effective analgesic for OA pain.

Osteoarthritis (OA) represents a significant pain challenge globally, as current treatments are limited and come with substantial and adverse side effects. Voltage-gated calcium channels have proved to be pharmacologically effective targets, with multiple FDA-approved Ca

Abstract Dysregulation of voltage-gated sodium Na V 1.7 channels in sensory neurons contributes to chronic pain conditions, including trigeminal neuropathic pain. We previously reported that chronic pain results in part from increased SUMOylation of collapsin response mediator protein 2 (CRMP2), leading to an increased CRMP2/Na V 1.7 interaction and increased functional activity of Na V 1.7. Targeting this feed-forward regulation, we developed compound 194 , which inhibits CRMP2 SUMOylation mediated by the SUMO-conjugating enzyme Ubc9. We further demonstrated that 194 effectively reduces the functional activity of Na V 1.7 channels in dorsal root ganglia neurons and alleviated inflammatory and neuropathic pain. Here, we employed a comprehensive array of investigative approaches, encompassing biochemical, pharmacological, genetic, electrophysiological, and behavioral analyses, to assess the functional implications of Na V 1.7 regulation by CRMP2 in trigeminal ganglia (TG) neurons. We confirmed the expression of Scn9a , Dpysl2 , and UBE2I within TG neurons. Furthermore, we found an interaction between CRMP2 and Na V 1.7, with CRMP2 being SUMOylated in these sensory ganglia. Disrupting CRMP2 SUMOylation with compound 194 uncoupled the CRMP2/Na V 1.7 interaction, impeded Na V 1.7 diffusion on the plasma membrane, and subsequently diminished Na V 1.7 activity. Compound 194 also led to a reduction in TG neuron excitability. Finally, when intranasally administered to rats with chronic constriction injury of the infraorbital nerve (CCI-ION), 194 significantly decreased nociceptive behaviors. Collectively, our findings underscore the critical role of CRMP2 in regulating Na V 1.7 within TG neurons, emphasizing the importance of this indirect modulation in trigeminal neuropathic pain.

Abstract Pain is a prominent and debilitating symptom in myotonic disorders, yet its physiological mechanisms remain poorly understood. This study assessed preclinical pain-like behavior in murine models of pharmacologically induced myotonia and myotonic dystrophy type 1 (DM1). In both myotonia congenita and DM1, impairment of the CLCN1 gene, which encodes skeletal muscle voltage-gated CLC-1 chloride channels, reduces chloride ion conductance in skeletal muscle cells, leading to prolonged muscle excitability and delayed relaxation after contraction. We used the CLC-1 antagonist anthracene-9- carboxylic acid (9-AC) at intraperitoneal doses of 30 or 60 mg/kg and HSA LR20b DM1 mice to model CLC-1-induced myotonia. Our experimental approach included in vivo pain behavioral testing, ex vivo calcium imaging, and whole-cell current-clamp electrophysiology in mouse dorsal root ganglion (DRG) neurons. A single injection of 9-AC induced myotonia in mice, which persisted for several hours and resulted in long-lasting allodynic pain-like behavior. Similarly, HSA LR20b mice exhibited both allodynia and hyperalgesia. Despite these pain-like behaviors, DRG neurons did not show signs of hyperexcitability in either myotonic model. These findings suggest that myotonia induces nociplastic pain-like behavior in preclinical rodents, likely through central sensitization mechanisms rather than peripheral sensitization. This study provides insights into the pathophysiology of pain in myotonic disorders and highlights the potential of using myotonic mouse models to explore pain mechanisms and assess novel analgesics. Future research should focus on the central mechanisms involved in myotonia-induced pain and develop targeted therapies to alleviate this significant clinical burden.