Identification of novel therapeutic drug candidate via targeting RNF146 in Parkinson’s disease in vitro model

Abstract

Parkinson’s disease (PD) is one of the significant neurodegenerative diseases in recent years due to the increasing incidence rate and lack of treatment. RNF146 is poly (ADP-ribose) (PAR)-dependent E3 ubiquitin ligase that recognizes and polyubiquitinates PAR-conjugated proteins for de-grading substrates via the ubiquitin-proteasome system. RNF146 is known to have the neuroprotective effect against PARP1-induced cell death in PD patients. Here, I conducted high-throughput screening to identify a chemical that can induce the expression of RNF146 as a therapeutic drug candidate for PD. In SH-SY5Y cells, high-throughput screening using dual luciferase assay identified GSK690693 as an RNF146 inducer that shows the highest effect in inducing RNF146 expression level among chemicals in inhibitor libraries. I showed that GSK690693 induces the expression of RNF146 and has the protective effect against PD-related toxins - rotenone, MPP+, and 6-hydroxydopamine (6-ohda) - in vitro in RNF146 expression-dependent manner. Additionally, I showed that GSK690693 activates the CREB pathway and inhibits PARP1 activation. Collectively, GSK690693 induces RNF146 expression through activation of the CREB pathway and has the neuroprotective effect against PD-related damage through inhibition of PARP1-induced cell death in vitro. Therefore, I suggest that GSK690693 could be a novel therapeutic drug candidate for PD

파킨슨병은 노화에 따라 발병률이 증가하는 대표적 퇴행성 뇌질환 중 하나이다. 알츠하이머병 다음으로 가장 많은 수의 환자들이 파킨슨병을 앓고 있으며, 고령화가 진행됨에 따라 발병률은 더욱 증가할 것으로 예측된다. 하지만, 파킨슨병의 치료를 위한 약물 및 치료법은 여전히 부족한 실정이다. 본 연구는 이러한 파킨슨병의 새로운 치료 약물 후보를 제안하기 위하여 과발현 시 파킨슨병 모델에서 보호 효과를 갖는다고 알려진 단백질인 RNF146을 표적으로 한다. 파킨슨병 치료 약물 후보물질로써 RNF146의 발현을 증가시키는 화합물을 확인하기 위하여 High throughput screening (HTS)를 수행하였다. 스크리닝의 결과를 바탕으로 SH-SY5Y 세포주에서 RNF146의 발현을 유도하는 화합물인 GSK690693을 최종 후보 물질로써 선정하였다. GSK690693이 SH-SY5Y 세포주에서 RNF146의 발현을 유도하고, 파킨슨병 관련 신경독인 로테논, MPP+, 6-하이드록실도파민에 대해 보호 효과를 가짐을 확인하였다. GSK690693은 RNF146의 발현을 조절한다고 알려진 전사 인자인 CREB을 활성화시키며, 파킨슨병의 병리에 관여한다 알려진 아폽토시스, 파르타나타스 등에 관여하는 인자인 PARP1의 활성을 저해시킴으로써 신경독에 대해 보호효과를 가짐을 확인하였다. 따라서, 본 연구는 RNF146의 발현을 증가시키는 약물인 GSK690693을 찾음으로써 새로운 파킨슨병 치료 약물을 제안한다