Following stroke, the survival of neurons and their ability to re-establish connections is critical to functional recovery. This is strongly influenced by the balance between neuronal excitation and inhibition. In the acute phase of experimental stroke, lethal hyperexcitability can be attenuated by positive allosteric modulation of GABAA receptors (GABAAR). Conversely, in the late phase, negative allosteric modulation of GABAAR can correct the sub-optimal excitability and improves both sensory and motor recovery. Here, we hypothesized that octadecaneuropeptide (ODN), an endogenous allosteric modulator of the GABAAR synthesized by astrocytes, influences the outcome of ischemic brain tissue and subsequent functional recovery. We show that ODN boosts the excitability of cortical neurons, which make it deleterious in the acute phase of stroke. However, if delivered after day 3, ODN is safe and improves motor recovery over the following month in both young and aged mice. Furthermore, we bring evidence that during the sub-acute period after stroke, the repairing cortex can be treated with ODN by means of a single hydrogel deposit into the stroke cavity.

Abstract Backbone head-to-tail cyclization is one effective strategy to stabilize the conformation of bioactive peptides, preventing enzymatic degradation and improving their bioavailibility. However, very little is known about the requirements to rationally design linkers for the cyclization of linear peptides. Recently, we have shown that large scale data-mining of protein structures can lead to the precise identification of protein loop conformations. Here, we transpose this approach to head-to-tail peptide cyclization. We first show that given a linker sequence and the conformation of the linear peptide, it is possible to accurately predict the cyclized peptide conformation improving by over 1 Å over pre-existing protocols. Secondly, and more importantly, we show that it is possible to elaborate on the information inferred from protein structures to propose effective candidate linker sequences constrained by length and amino acid composition. As experimental validation, we first apply our approach to design linkers for the head-to-tail cyclizations of a peptide derived from Nrf2. The designed cyclized peptide shows a 26-fold increase in binding affinity. We then consider urotensin II, a cyclic peptide already stabilized by a disulfide bond, that exerts a broad array of biological activities. The designed head-to-tail cyclized peptide, the first synthesized bicyclic 14-residue long urotensin II analogue shows an excellent retention of in vitro activity. Overall, we propose the first framework for the rational peptide head-to-tail cyclization and reveal its potential for cyclic peptide-based drug design.

Abstract Endozepines, known as the endogenous ligands of benzodiazepine-binding sites, include the diazepam binding inhibitor (DBI) and its processing products, the triakontatetraneuropeptide (TTN) and the octadecaneuropeptide (ODN). Despite indisputable evidences of the binding of ODN on GABA A R-BZ-binding sites, their action on this receptor lacks compelling electrophysiological observations, some studies reporting that ODN acts as a negative allosteric modulator (NAM) of GABA A R while others suggest the opposite (positive allosteric modulation, PAM effect). All these studies were carried out in vitro with various neuronal cell types. To further elucidate the role of ODN on neuronal excitability, we tested its effect in vivo in the cortex of the anesthetized mouse. Spontaneous neuronal spikes were recorded by the mean of an extracellular pipette in the vicinity of which ODN was micro-infused, either at high dose (10 -5 M) or low dose (10 -11 M). ODN at high dose induced a significant increase of neuronal spiking. This effect could be antagonized by the GABA A R-BZ-binding sites blocker flumazenil. In sharp contrast, at low concentration, ODN reduced neuronal spiking in a magnitude similar to GABA itself. Interestingly, this decrease of neuronal activity by low dose of ODN was not flumazenil dependent suggesting that this effect is mediated by another receptor. Finally, we show that astrocytes in culture, known to be stimulated by picomolar dose of ODN via a GPCR, increased their export of GABA when stimulated by low dose of ODN. Our results confirm the versatility of ODN in the control of GABA transmission, but suggest that its PAM-like effect is, at least in part, mediated via an astrocytic non-GABA A R ODN receptor.

Introduction: 26RFa (QRFP) is a biologically active peptide that has been found to control feeding behaviour by stimulating food intake, and to regulate glucose homeostasis by acting as an incretin. The aim of the present study was thus to investigate the impact of 26RFa gene knockout on the regulation of energy and glucose metabolism. Research design and methods: 26RFa mutant mice were generated by homologous recombination, in which the entire coding region of prepro-26RFa was replaced by the iCre sequence. Energy and glucose metabolism was evaluated through measurement of complementary parameters. Morphological and physiological alterations of the pancreatic islets were also investigated. Results: Our data do not reveal significant alteration of energy metabolism in the 26RFa-deficient mice except the occurrence of an increased basal metabolic rate. By contrast, 26RFa mutant mice exhibit an altered glycemic phenotype with an increased hyperglycemia after a glucose challenge associated with an impaired insulin production, and an elevated hepatic glucose production. 2D and 3D immunohistochemical experiments indicate that the insulin content of pancreatic β cells is much lower in the 26RFa-/- mice as compared to the wild-type littermates. Conclusion: Disruption of the 26RFa gene induces substantial alteration in the regulation of glucose homeostasis with, in particular, a deficit in insulin production by the pancreatic islets. These findings further support the notion that 26RFa is an important regulator of glucose homeostasis.

Abstract 26RFa (QRFP) is a biologically active peptide that regulates glucose homeostasis by acting as an incretin and by increasing insulin sensitivity at the periphery. 26RFa is also produced by a neuronal population localized in the hypothalamus. In the present study, we have investigated whether the 26RFa neurons may be involved in the hypothalamic regulation of glucose homeostasis. Our data indicate that 26RFa, i.c.v. injected, induces a robust antihyperglycemic effect associated with an increase of insulin production by the pancreatic islets. In addition, we found that insulin strongly stimulates 26RFa expression and secretion by the hypothalamus. RNAscope experiments revealed that neurons expressing 26RFa in the lateral hypothalamic area and the ventromedial hypothalamic nucleus also express the insulin receptor and that insulin induces the expression of 26RFa in these neurons. Concurrently, we show that the central antihyperglycemic effect of insulin is abolished in presence of a 26RFa receptor (GPR103) antagonist as well as in mice deficient for 26RFa. Finally, our data indicate that the hypothalamic 26RFa neurons are not involved in the central inhibitory effect of insulin on hepatic glucose production, but mediate the central effects of the hormone on its own peripheral production. To conclude, in the present study we have identified a novel actor of the hypothalamic regulation of glucose homeostasis, the 26RFa/GPR103 system and we provide the evidence that this neuronal peptidergic system is a key relay for the central regulation of glucose metabolism by insulin.