Activation of microglia by classical inflammatory mediators can convert astrocytes into a neurotoxic A1 phenotype in a variety of neurological diseases1,2. Development of agents that could inhibit the formation of A1 reactive astrocytes could be used to treat these diseases for which there are no disease-modifying therapies. Glucagon-like peptide-1 receptor (GLP1R) agonists have been indicated as potential neuroprotective agents for neurologic disorders such as Alzheimer's disease and Parkinson's disease3-13. The mechanisms by which GLP1R agonists are neuroprotective are not known. Here we show that a potent, brain-penetrant long-acting GLP1R agonist, NLY01, protects against the loss of dopaminergic neurons and behavioral deficits in the α-synuclein preformed fibril (α-syn PFF) mouse model of sporadic Parkinson's disease14,15. NLY01 also prolongs the life and reduces the behavioral deficits and neuropathological abnormalities in the human A53T α-synuclein (hA53T) transgenic mouse model of α-synucleinopathy-induced neurodegeneration16. We found that NLY01 is a potent GLP1R agonist with favorable properties that is neuroprotective through the direct prevention of microglial-mediated conversion of astrocytes to an A1 neurotoxic phenotype. In light of its favorable properties, NLY01 should be evaluated in the treatment of Parkinson's disease and related neurologic disorders characterized by microglial activation.

Abstract PARP-1 over-activation results in cell death via excessive PAR generation in different cell types, including neurons following brain ischemia. Glycolysis, mitochondrial function, and redox balance are key cellular processes altered in brain ischemia. Studies show that PAR generated after PARP-1 over-activation can bind hexokinase-1 (HK-1) and result in glycolytic defects and subsequent mitochondrial dysfunction. HK-1 is the neuronal hexokinase and catalyzes the first reaction of glycolysis, converting glucose to glucose-6-phosphate (G6P), a common substrate for glycolysis, and the pentose phosphate pathway (PPP). PPP is critical in maintaining NADPH and GSH levels via G6P dehydrogenase activity. Therefore, defects in HK-1 will not only decrease cellular bioenergetics but will also cause redox imbalance due to the depletion of GSH. In brain ischemia, whether PAR-mediated inhibition of HK-1 results in bioenergetics defects and redox imbalance is not known. We used oxygen-glucose deprivation (OGD) in mouse cortical neurons to mimic brain ischemia in neuronal cultures and observed that PARP-1 activation via PAR formation alters glycolysis, mitochondrial function, and redox homeostasis in neurons. We used pharmacological inhibition of PARP and adenoviral-mediated overexpression of wild-type HK-1 (wtHK-1) and PAR-binding mutant HK-1 (pbmHK-1). Our data show that PAR inhibition or overexpression of HK-1 significantly improves glycolysis, mitochondrial function, redox homeostasis, and cell survival in mouse cortical neurons exposed to OGD. These results suggest that PAR binding and inhibition of HK-1 during OGD drives bioenergetic defects in neurons due to inhibition of glycolysis and impairment of mitochondrial function.

Although autologous human mesenchymal stem cells (hMSCs) are a promising source for regenerative stem cell therapy, the barriers associated with pathophysiological conditions in this disease limit therapeutic applicability to patients. We proved treatment of CKD-hMSCs with TUDCA enhanced the mitochondrial function of these cells and increased complex I & IV enzymatic activity, increasing PINK1 expression and decreasing mitochondrial O2·− and mitochondrial fusion in a PrPC-dependent pathway. Moreover, TH-1 cells enhanced viability when co-cultured in vitro with TUDCA-treated CKD-hMSC. In vivo, tail vein injection of TUDCA-treated CKD-hMSCs into the mouse model of CKD associated with hindlimb ischemia enhanced kidney recovery, the blood perfusion ratio, vessel formation, and prevented limb loss, and foot necrosis along with restored expression of PrPC in the blood serum of the mice. These data suggest that TUDCA-treated CKD-hMSCs are a promising new autologous stem cell therapeutic intervention that dually treats cardiovascular problems and CKD in patients.