FR2810995A1 - COMPOSITIONS AND METHODS FOR THE TREATMENT OR DETECTION OF NEURODEGENERATIVE CONDITIONS - Google Patents
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Abstract
Description
Compositions et méthodes pour le traitement ou la détection de pathologiesCompositions and methods for the treatment or detection of pathologies
neurodégénératives La présente invention concerne le domaine de la biologie, de la génétique et de la médecine. Elle concerne notamment de nouvelles méthodes pour la détection, la caractérisation et/ou le traitement (ou la prise en charge) de pathologies neurodégénératives, notamment de la sclérose latérale amyotrophique. L'invention concerne également des méthodes pour The present invention relates to the field of biology, genetics and medicine. It relates in particular to new methods for the detection, characterization and / or treatment (or management) of neurodegenerative pathologies, in particular of amyotrophic lateral sclerosis. The invention also relates to methods for
l'identification ou le screening de composés actifs dans ces pathologies. the identification or screening of active compounds in these pathologies.
io L'invention concerne également les composés, gènes, cellules, plasmides ou compositions utiles pour la mise en oeuvre des méthodes ci- dessus. L'invention décrit notamment le rôle de calcineurine dans ces pathologies et son utilisation The invention also relates to the compounds, genes, cells, plasmids or compositions useful for the implementation of the above methods. The invention describes in particular the role of calcineurin in these pathologies and its use
comme cible thérapeutique, diagnostique ou expérimentale. as a therapeutic, diagnostic or experimental target.
i5 De nombreuses pathologies neurodégénératives ont été décrites comme ayant une composante ou un stade lié au phénomène d'excitotoxicité. C'est le cas de la maladie d'Alzheimer, de la maladie de Parkinson, de la sclérose en plaques i5 Many neurodegenerative pathologies have been described as having a component or a stage linked to the phenomenon of excitotoxicity. This is the case of Alzheimer's disease, Parkinson's disease, multiple sclerosis
et de la chorée de Huntington.and Huntington's chorea.
La sclérose amyotrophique latérale (SAL ou ALS pour Amyotrophic Lateral Sclerosis) est une maladie neurodégénérative, associée à différents types d'inclusions tels les corps de Lewis et caractérisée par une apoptose des motoneurones spinaux et corticaux dont l'issue fatale est parfois associée à une démence frontale. Des formes sporadiques, sans aucune mutation décrite, coexistent avec des formes familiales (FALS) associées à des mutations dans le gène SOD1 codant pour la superoxide dismutase. La majorité des cas est sporadique, les formes familiales (FALS) étant très rares. Il est vraisemblable qu'une longue période asymptomatique précède l'apparition des symptômes cliniques qui sont variés et dont la classification est complexe. Les futurs développements thérapeutiques substitueront aux traitements de la symptomatologie des stratégies basées sur les causes moléculaires de la pathologie. Au niveau cellulaire, ces symptômes sont associés à une mort des motoneurones corticaux et des motoneurones spinaux. Cette mort neuronale a été reliée à différents phénomènes qui constituent la base de plusieurs pathologies neurodégénératives. C'est le cas de l'excitotoxicité liée au glutamate, du stress oxydatif, d'une certaine auto immunité dirigée contre des marqueurs neuronaux (les canaux calciques dans le cas de l'ALS) ainsi que d'anomalies du cytosquelette. Si ces phénomènes sont décrits, la ou les causes de ces maladies, dont l'ALS, sont obscures. Même si les FALS sont liées à des mutations dans le gène SOD1 qui code pour la superoxide dismutase, les mécanismes qui engagent les neurones vers la mort cellulaire dont au moins Amyotrophic lateral sclerosis (SAL or ALS for Amyotrophic Lateral Sclerosis) is a neurodegenerative disease, associated with different types of inclusions such as Lewis bodies and characterized by apoptosis of the spinal and cortical motoneurons, the fatal outcome of which is sometimes associated with frontal dementia. Sporadic forms, without any mutation described, coexist with familial forms (FALS) associated with mutations in the SOD1 gene coding for superoxide dismutase. The majority of cases are sporadic, familial forms (FALS) being very rare. It is likely that a long asymptomatic period precedes the onset of clinical symptoms which are varied and whose classification is complex. Future therapeutic developments will replace symptomatic treatments with strategies based on the molecular causes of the pathology. At the cellular level, these symptoms are associated with death of cortical motoneurons and spinal motoneurons. This neuronal death has been linked to different phenomena which constitute the basis of several neurodegenerative pathologies. This is the case of glutamate-related excitotoxicity, oxidative stress, a certain autoimmunity directed against neuronal markers (calcium channels in the case of ALS) as well as cytoskeletal abnormalities. If these phenomena are described, the cause or causes of these diseases, including ALS, are obscure. Even though FALS are linked to mutations in the SOD1 gene which codes for superoxide dismutase, the mechanisms which engage neurons towards cell death including at least
îo une composante est l'apoptose sont inconnus. îo one component is apoptosis are unknown.
Identifier les événements moléculaires impliqués dans les différents phénomènes impliqués dans la mort cellulaire permettra de mettre en place de nouvelles stratégies thérapeutiques. L'étude de ces événements est difficilement réalisable à partir de biopsies humaines. Ces biopsies proviennent évidemment d'échantillons post-mortem dont la qualité est difficilement contrôlable et ne représentent que des états pathologiques représentatifs des Identifying the molecular events involved in the various phenomena involved in cell death will allow new therapeutic strategies to be put in place. The study of these events is difficult to carry out from human biopsies. These biopsies obviously come from post-mortem samples whose quality is difficult to control and represent only pathological conditions representative of
phases tardives de la maladie.late stages of the disease.
Les modèles animaux donnent accès à des échantillons biologiques qui permettent d'analyser différentes étapes du développement d'une pathologie et de comparer ces étapes à des témoins sains. A cet égard, des souris transgéniques qui expriment le gène humain SOD1 portant l'une des mutations qui prévaut dans les FALS (mutation G93A) sont disponibles auprès de Jackson Laboratory, sous condition de prise d'une licence d'utilisation auprès de la NorthWestern University. Ce modèle reproduit en 120 jours l'issue fatale de la Animal models provide access to biological samples which make it possible to analyze different stages of the development of a pathology and to compare these stages with healthy controls. In this regard, transgenic mice which express the human SOD1 gene carrying one of the mutations prevailing in FALS (mutation G93A) are available from Jackson Laboratory, subject to obtaining a license to use from NorthWestern University. This model reproduces in 120 days the fatal outcome of the
maladie avec des symptômes comparables à ceux de la maladie humaine. disease with symptoms comparable to those of human disease.
L'apparition des symptômes d'ALS liés à la mutation G93A dans SOD1 n'est pas la conséquence d'une réduction de l'activité superoxyde dismutase mais d'un gain de fonction qui augmente la capacité de l'enzyme à générer des radicaux libres. Malgré ces informations, les événements moléculaires qui président aux différentes étapes de l'ALS sont mal connus. La complexité de ces événements moléculaires reflète l'évolution de la pathologie: Dans le modèle transgénique étudié, aucune dérégulation neuronale ou manifestation clinique n'a été rapportée à 30 jours. 60 jours correspondent à un stade qui précède de peu les premiers symptômes, mais qui est déjà caractérisé au niveau cérébral par des changements dans la physiologie cellulaire tels qu'une altération du métabolisme mitochondrial, un stress et une mort neuronale associés à un phénomène d'excitotoxicité. A 90 jours, 50% des motoneurones corticaux et spinaux sont morts et un processus actif d'apoptose neuronale est engagé parallèlement à une activation astrocytaire. Le phénomène io d'excitotoxicité n'est plus observé à ce stade. La mort neuronale y est associée à l'activation de caspases qui ne semblent pas impliquées dans les phases The appearance of ALS symptoms linked to the G93A mutation in SOD1 is not the consequence of a reduction in superoxide dismutase activity but of a gain in function which increases the capacity of the enzyme to generate radicals free. Despite this information, the molecular events that govern the different stages of ALS are poorly understood. The complexity of these molecular events reflects the evolution of the pathology: In the transgenic model studied, no neuronal deregulation or clinical manifestation was reported at 30 days. 60 days corresponds to a stage which slightly precedes the first symptoms, but which is already characterized in the brain by changes in cellular physiology such as an alteration in mitochondrial metabolism, stress and neuronal death associated with a phenomenon of excitotoxicity. At 90 days, 50% of cortical and spinal motor neurons are dead and an active process of neuronal apoptosis is initiated in parallel with astrocytic activation. The phenomenon of excitotoxicity is no longer observed at this stage. Neuronal death is associated with the activation of caspases which do not seem to be involved in the phases
précoces de la pathologie.early pathology.
Identifier les différents événements moléculaires spécifiques des différentes phases de la pathologie doit permettre d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques aussi bien que de nouveaux marqueurs diagnostiques. L'une des approches les plus efficaces pour réaliser cette identification consiste à identifier les gènes et les protéines dont l'expression caractérise un état physiopathologique. La présente invention décrit à présent l'identification d'événements génétiques impliqués dans les phénomène d'excitotoxicité et de mort neuronale. La présente invention fournit ainsi de nouvelles approches thérapeutiques et diagnostiques des pathologies associées à ces phénomènes, ainsi que de Identifying the different specific molecular events of the different phases of the pathology must make it possible to identify new therapeutic targets as well as new diagnostic markers. One of the most effective approaches to achieve this identification is to identify genes and proteins whose expression characterizes a pathophysiological state. The present invention now describes the identification of genetic events involved in the phenomena of excitotoxicity and neuronal death. The present invention thus provides new therapeutic and diagnostic approaches to the pathologies associated with these phenomena, as well as
nouvelles cibles pour l'identification de composés actifs. new targets for the identification of active compounds.
Plus particulièrement, une analyse qualitative différentielle a été effectuée à partir d'ARN extraits d'échantillons de cerveau et de moelle épinière sans isolement préalable des neurones afin de prendre en compte un maximum More particularly, a qualitative differential analysis was carried out using RNA extracted from brain and spinal cord samples without prior isolation of the neurons in order to take into account a maximum
d'événements d'épissages alternatifs liés au développement de la pathologie. alternative splicing events linked to the development of pathology.
Cette analyse a été effectuée par criblage différentiel qualitatif selon la technique DATAS (décrite dans la demande n WO99/46403), qui présente des This analysis was carried out by qualitative differential screening according to the DATAS technique (described in application No. WO99 / 46403), which presents
avantages inégalés.unmatched benefits.
La présente demande de brevet découle notamment de la construction par la demanderesse d'un répertoire des altérations d'épissage dans le cerveau des animaux modèles de l'ALS âgés de 60 jours. Ce répertoire qui contient plus de séquences distinctes, implique des acteurs clefs du phénomène d'excitotoxicité tels que les canaux potassiques et le récepteur NMDA. Des séquences dérivées d'ARNs codant pour des protéines impliquées dans la io réponse au stress, dont des protéines de choc thermique, font également partie de ce répertoire, soulignant l'implication de cette réponse dans les phases précoces de I'ALS. Une altération du métabolisme énergétique apparaît clairement affecter les motoneurones corticaux des animaux qui développent la pathologie. Par exemple, I'intron 6 de la forme mitochondriale de la créatine kinase est isolé spécifiquement à partir des ARN messagers exprimés en conditions pathologiques chez les animaux âgés de 60 jours. Cette interruption de la séquence codante par cette rétention d'intron aboutit à un ARN messager qui code pour une forme inactive de l'enzyme. Cette observation est en accord avec les observations biochimiques qui ont montré une diminution de l'activité créatine kinase mitochondriale corrélée avec une diminution de la quantité de The present patent application stems in particular from the construction by the applicant of a directory of splicing alterations in the brains of 60 day old ALS model animals. This repertoire, which contains more distinct sequences, involves key players in the phenomenon of excitotoxicity such as potassium channels and the NMDA receptor. Sequences derived from RNAs coding for proteins involved in the stress response, including heat shock proteins, are also part of this repertoire, highlighting the implication of this response in the early phases of ALS. An alteration in energy metabolism clearly appears to affect the cortical motor neurons of animals that develop the pathology. For example, intron 6 of the mitochondrial form of creatine kinase is isolated specifically from messenger RNAs expressed under pathological conditions in animals aged 60 days. This interruption in the coding sequence by this retention of intron results in a messenger RNA which codes for an inactive form of the enzyme. This observation is in agreement with biochemical observations which have shown a decrease in mitochondrial creatine kinase activity correlated with a decrease in the amount of
cette enzyme dans les neurones des animaux du même modèle transgénique. this enzyme in the neurons of animals of the same transgenic model.
La spécificité des séquences qui constituent ce répertoire est attestée par le fait que la même analyse différentielle qualitative de l'expression génétique réalisée sur des animaux âgés de 90 jours aboutit à un répertoire différent dont sont absents notamment les différents marqueurs de l'excitotoxicité. L'analyse des modifications d'épissage confirme que les événements moléculaires sont The specificity of the sequences which constitute this repertoire is attested by the fact that the same qualitative differential analysis of the genetic expression carried out on animals aged 90 days leads to a different repertoire from which the various markers of excitotoxicity are absent in particular. Analysis of splice modifications confirms that molecular events are
différents selon le stade de la pathologie. different depending on the stage of the pathology.
La réalisation de DATAS sur des ARN d'animaux contrôles et transgéniques âgés de 60 jours a permis d'isoler un fragment d'ADNc dérivé de l'ARNm de la sous-unité catalytique de la calcineurine. Ce fragment correspond à un fragment d'exon spécifiquement présent dans les animaux contrôles et donc spécifiquement délété dans les animaux transgéniques pour SOD1G93A au stade 60 jours. Ce fragment recouvre les nucléotides 1348 à 1579 référencés à partir de I'ATG. Cette région est essentiellement codante et contient un domaine auto-inhibiteur de l'enzyme situé à l'extrémité Cterminale de l'enzyme. Par des expériences de RT PCR, une nouvelle isoforme de la sous-unité catalytique de la calcineurine a été mise en évidence. Cette isoforme courte se distingue de la forme longue par une délétion des nucléotides 1341 à 1743 et par conséquent des acides aminés 447 à 547, le codon stop de la calcineurine correspondant au nucléotide 1641 (la séquence complète de la calcineurine et son ADN, d'origine 0o murine ou humaine, est disponible sur banque de données, notamment GeneBank). Des expériences de mutagenèse et de délétions ont montré que le domaine auto-inhibiteur de la calcineurine correspond aux acides aminés 492 à 547 et que l'absence de ce domaine aboutit à une activation constitutive de la calcineurine. La calcineurine est impliquée dans le relais des voies de i signalisation qui dépendent du calcium et de la calmoduline. L'interaction de la calmoduline avec la calcineurine stimule l'activité de cette dernière. La délétion du domaine auto-inhibiteur de la calcineurine augmente le niveau basal d'activité de cette enzyme mais la maintient susceptible à l'activation par la calmoduline. La présente invention décrit donc un événement moléculaire original et nouveau (un épissage), qui aboutit à une activation constitutive de la calcineurine et qui est corrélé au phénomène d'excitotoxicité et/ou de mort neuronale. L'invention montre également, pour la première fois, qu'une activation constitutive de la calcineurine est associée aux stades précoces de l'ALS. La calcineurine constitue donc une cible thérapeutique nouvelle et importante dans le développement de thérapeutiques de ces pathologies, utilisables notamment à des phases précoces de leur développement, et s'adressant aux véritables bases moléculaires de la pathologie et non aux symptômes ou composantes Performing DATAS on 60-day-old control and transgenic animal RNA made it possible to isolate a cDNA fragment derived from the mRNA of the calcineurin catalytic subunit. This fragment corresponds to an exon fragment specifically present in the control animals and therefore specifically deleted in the transgenic animals for SOD1G93A at the 60 day stage. This fragment covers the nucleotides 1348 to 1579 referenced from the ATG. This region is essentially coding and contains an auto-inhibitory domain of the enzyme located at the Cterminal end of the enzyme. By RT PCR experiments, a new isoform of the calcineurin catalytic subunit has been demonstrated. This short isoform is distinguished from the long form by a deletion of nucleotides 1341 to 1743 and therefore amino acids 447 to 547, the stop codon of calcineurin corresponding to nucleotide 1641 (the complete sequence of calcineurin and its DNA, 0o murine or human origin, is available on database, in particular GeneBank). Mutagenesis and deletion experiments have shown that the calcineurin auto-inhibitory domain corresponds to amino acids 492 to 547 and that the absence of this domain results in constitutive activation of calcineurin. Calcineurin is involved in relaying the signaling pathways which depend on calcium and calmodulin. The interaction of calmodulin with calcineurin stimulates the activity of the latter. Deletion of the auto-inhibitory domain of calcineurin increases the basal level of activity of this enzyme but keeps it susceptible to activation by calmodulin. The present invention therefore describes an original and new molecular event (splicing), which results in constitutive activation of calcineurin and which is correlated with the phenomenon of excitotoxicity and / or neuronal death. The invention also shows, for the first time, that a constitutive activation of calcineurin is associated with the early stages of ALS. Calcineurin therefore constitutes a new and important therapeutic target in the development of therapeutics for these pathologies, usable in particular at the early stages of their development, and addressing the true molecular bases of the pathology and not the symptoms or components
immunitaires associées.associated immune systems.
Un premier objet de l'invention réside plus particulièrement dans l'utilisation d'un acide nucléique comprenant tout ou partie d'une séquence dérivée de l'ARN messager de la sous-unité catalytique de la calcineurine pour la mise en oeuvre d'une méthode de diagnostic ou de détection d'une situation de stress neuronal et plus particulièrement la situation d'excitotoxicité. L'invention réside, généralement, dans l'utilisation d'un acide nucléique complémentaire de tout ou partie du gène ou du messager de la calcineurine, pour la détection d'événements pathologiques de type excitotoxicité, stress ou mort neuronale, etc. Il s'agit plus particulièrement d'acides nucléiques capables de mettre en évidence la forme délétée de l'ARNm de la calcineurine, notamment un variant d'épissage dans lequel un domaine auto-inhibiteur est délété, en particuler les résidus 1341-1743 (ou la région correspondante du A first object of the invention lies more particularly in the use of a nucleic acid comprising all or part of a sequence derived from the messenger RNA of the catalytic subunit of calcineurin for the implementation of a method of diagnosing or detecting a situation of neuronal stress and more particularly the situation of excitotoxicity. The invention generally resides in the use of a nucleic acid complementary to all or part of the calcineurin gene or messenger, for the detection of pathological events of the excitotoxicity, stress or neuronal death type, etc. They are more particularly nucleic acids capable of demonstrating the deleted form of the calcineurin mRNA, in particular a splicing variant in which an auto-inhibitory domain is deleted, in particular residues 1341-1743 ( or the corresponding region of
gène ou ADN humain).gene or human DNA).
Avantageusement, l'acide nucléique comprend tout ou partie de la séquence codant le domaine auto-inhibiteur de la calcineurine (compris entre les nucléotides 1348 et 1579 à partir de l'ATG, pour la formue murine, ou des résidus homologues dans la séquence humaine), ou de la séquence résultant de la jonction entre les régions non délétées, ou une séquence complémentaire Advantageously, the nucleic acid comprises all or part of the sequence coding the autoinhibiting domain of calcineurin (between nucleotides 1348 and 1579 from ATG, for the murine form, or homologous residues in the human sequence ), or of the sequence resulting from the junction between the non-deleted regions, or a complementary sequence
de celles-ci.of these.
L'invention est applicable au diagnostic ou la détection de différentes pathologies telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson, la sclérose en plaques, la chorée de Huntington ou l'ischémie cérébrale. Elle peut être utilisée pour la détection précoce, la mise en évidence d'une prédisposition, le choix et l'adaptation d'un traitement, le suivi de l'évolution de la pathologie, etc. Elle est particulièrement adaptée à la détection à un stade précoce de la The invention is applicable to the diagnosis or detection of various pathologies such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease, multiple sclerosis, Huntington's chorea or cerebral ischemia. It can be used for early detection, highlighting a predisposition, choosing and adapting a treatment, monitoring the evolution of the pathology, etc. It is particularly suitable for the detection at an early stage of
sclérose en plaques.multiple sclerosis.
Un autre objet de l'invention réside dans l'utilisation d'un composé capable d'inhiber ou de réduire l'expression ou l'activité de la calcineurine, pour la préparation d'une composition destinée au traitement des maladies neurodégénératives. Dans le contexte de l'invention, le terme " traitement " désigne le traitement préventif, curatif, palliatif, ainsi que la prise en charge des patients (réduction de la souffrance, amélioration de la durée de vie, ralentissement de la progression de la maladie), etc. Le traitement peut en outre être réalisé en combinaison avec d'autres agents ou traitements, notamment adressant les événements tardifs de Another object of the invention lies in the use of a compound capable of inhibiting or reducing the expression or the activity of calcineurin, for the preparation of a composition intended for the treatment of neurodegenerative diseases. In the context of the invention, the term “treatment” designates preventive, curative, palliative treatment, as well as the management of patients (reduction of suffering, improvement of lifespan, slowing down the progression of the disease ), etc. The treatment can also be carried out in combination with other agents or treatments, in particular addressing the late events of
la pathologie, tels que des inhibiteurs de caspases ou autres composés actifs. pathology, such as caspase inhibitors or other active compounds.
Dans un mode de réalisation particulier, le composé est acide nucléique anti- In a particular embodiment, the compound is anti-nucleic acid
sens, capable d'inhiber la transcription du gène de la calcineurine ou la traduction du messager correspondant. L'acide nucléique anti-sens peut comprendre tout ou partie de la séquence du gène de la calcineurine, d'un fragment de celle-ci, du messager de la calcineurine, ou d'une séquence complémentaire à celles-ci. L'antisens peut notamment comprendre une région complémentaire de la forme d'épissage identifiée, et inhiber (ou réduire) sa sense, capable of inhibiting the transcription of the calcineurin gene or the translation of the corresponding messenger. The antisense nucleic acid may comprise all or part of the calcineurin gene sequence, a fragment thereof, the calcineurin messenger, or a sequence complementary thereto. The antisense can in particular comprise a region complementary to the form of splicing identified, and inhibit (or reduce) its
traduction en protéine.protein translation.
Selon un autre mode de réalisation, le composé est un composé chimique, d'origine naturelle ou synthétique, notamment une molécule organique ou inorganique, d'origine végétale, bactérienne, virale, animale, eucaryote, synthétique ou semi-synthétique, capable de moduler l'expression ou l'activité According to another embodiment, the compound is a chemical compound, of natural or synthetic origin, in particular an organic or inorganic molecule, of vegetable, bacterial, viral, animal, eukaryotic, synthetic or semi-synthetic origin, capable of modulating expression or activity
de la calcineurine.calcineurin.
A titre d'exemple préféré, le composé est choisi parmi le FK506 et la cyclosporine A. Un travail antérieur réalisé in vitro et in vitro à l'aide de lymphocytes T a montré As a preferred example, the compound is chosen from FK506 and cyclosporin A. Previous work carried out in vitro and in vitro using T lymphocytes has shown
que la superoxyde dismutase (SOD) protège la calcineurine de son inactivation. that superoxide dismutase (SOD) protects calcineurin from inactivation.
Toutefois, une étude plus récente a montré qu'une forme mutée de SOD1 qui correspond à une mutation retrouvée dans les formes familiales de l'ALS n'a pas un tel impact sur la calcineurine. Un lien direct entre ALS et augmentation However, a more recent study has shown that a mutated form of SOD1 which corresponds to a mutation found in familial forms of ALS does not have such an impact on calcineurin. A direct link between ALS and increase
de l'activité de la calcineurine est donc exclu par ces enseignements. calcineurin activity is therefore excluded by these teachings.
Plusieurs inhibiteurs de la calcineurine ont été décrits dans l'art antérieur. Several calcineurin inhibitors have been described in the prior art.
s Certains de ceux-ci sont des médicaments disponibles commercialement. C'est le cas du tacrolimus (ou FK506) et de la cyclosporine A. Ces deux composés sont des immuno-suppresseurs qui se lient à des immunophilines, respectivement la protéine FKBP12 (FK506 binding protein 12) et la cyclophiline A. L'inhibition de la calcineurine, lors de l'administration de ces composés, se 0o fait par formation d'un complexe entre le composé, I'immunophiline qu'il cible et la sous-unité catalytique de la calcineurine. Ces immunophilines sont des peptidyl-prolyl-cis/transrotamases dont l'activité est inhibée également par leurs s Some of these are commercially available drugs. This is the case of tacrolimus (or FK506) and cyclosporine A. These two compounds are immunosuppressants which bind to immunophilins, respectively the protein FKBP12 (FK506 binding protein 12) and cyclophilin A. Inhibition calcineurin, during the administration of these compounds, takes place by the formation of a complex between the compound, the immunophilin which it targets and the catalytic subunit of calcineurin. These immunophilins are peptidyl-prolyl-cis / transrotamases whose activity is also inhibited by their
ligands chimiques.chemical ligands.
Certains rapports sont disponibles sur l'action neuroprotectrice de certains immunosuppresseurs in vitro. Les rapports les plus récents documentent que ces effets neuroprotecteurs, de même que les effets neurotrophiques de ces composés sont obtenus avec des immunophillines non immunosuppressives qui ont perdu la capacité d'inhiber la calcineurine. De même, les résultats obtenus chez l'animal en ischémie confirment les résultats in vitro. Ainsi, aucun effet significatif des composés cyclosporine A ou FK506 n'a été décrit en modèle animal de l'ALS ou chez des patients atteints de cette maladie. A notre connaissance aucun essai n'a été mené sur le modèle murin et l'absence de résultats probants chez l'homme est parfaitement compatible avec notre observation que la calcineurine serait activée aux stades précoces du développement de la pathologie, lors de l'excitotoxicité, et non aux stades tardifs. En l'absence de diagnostic précoce, les patients enrôlés dans l'étude clinique étaient des patients présentant déjà des manifestations cliniques et Some reports are available on the neuroprotective action of certain immunosuppressants in vitro. The most recent reports document that these neuroprotective effects, as well as the neurotrophic effects of these compounds are obtained with non-immunosuppressive immunophillins which have lost the capacity to inhibit calcineurin. Similarly, the results obtained in animals in ischemia confirm the results in vitro. Thus, no significant effect of the cyclosporine A or FK506 compounds has been described in an animal model of ALS or in patients suffering from this disease. To our knowledge, no trial has been carried out on the murine model and the absence of convincing results in humans is perfectly compatible with our observation that calcineurin is activated at the early stages of the development of pathology, during excitotoxicity. , and not at late stages. In the absence of an early diagnosis, the patients enrolled in the clinical study were patients with clinical manifestations and
donc vraisemblablement engagés dans les phases tardives de la maladie. therefore probably engaged in the late stages of the disease.
Aujourd'hui, il n'existe donc pas d'évidence selon laquelle l'inhibition de la calcineurine par le FK506 ou la cyclosporine A pourrait ralentir la progression de l'ALS. D'autre part, il est à souligner qu'aucune étude n'a été entreprise en pathologie humaine ou à l'aide d'un modèle animal pour tirer partie de la Today, there is therefore no evidence that inhibition of calcineurin by FK506 or cyclosporine A could slow the progression of ALS. On the other hand, it should be noted that no study has been undertaken in human pathology or using an animal model to take advantage of the
capacité du FK506 et de la cyclosporine A à inhiber l'activité de la calcineurine. ability of FK506 and cyclosporine A to inhibit the activity of calcineurin.
Les différents essais, y compris ceux entrepris pour traiter les syndrômes neurodégénératifs, tendaient à inhiber la composante immunitaire associée à Various trials, including those undertaken to treat neurodegenerative syndromes, tended to inhibit the immune component associated with
ces pathologies.these pathologies.
La présente invention propose donc, pour la première fois, la calcineurine comme cible thérapeutique pour le traitement des événements moléculaires io associés à l'exitotoxicité. Selon des modes de mise en oeuvre particuliers, l'invention peut être utilisée pour inhiber ou réduire l'excitotoxicité neuronale en phase précoce des maladies neurodégénératives. Elle est applicable notamment au traitement de la maladie d'Alzheimer, de la maladie de Parkinson, de la sclérose en plaques, de la chorée de Huntington ou de The present invention therefore provides, for the first time, calcineurin as a therapeutic target for the treatment of molecular events associated with exitotoxicity. According to particular embodiments, the invention can be used to inhibit or reduce neuronal excitotoxicity in the early phase of neurodegenerative diseases. It is applicable in particular to the treatment of Alzheimer's disease, Parkinson's disease, multiple sclerosis, Huntington's chorea or
lI'ischémie cérébrale.cerebral ischemia.
D'autres objets de l'invention résident dans: I'utilisation des composés ci-dessus pour le traitement de l'ALS, notamment pour réduire l'excitotoxicité neuronale en phase précoce de l'ALS, 20. I'utilisation de la cyclosporine A pour la préparation d'une composition destinée à inhiber l'activité de la calcineurine chez les patients atteints d'ALS, ou I'utilisation de FK506 pour la préparation d'une composition destinée à Other objects of the invention reside in: the use of the above compounds for the treatment of ALS, in particular for reducing neuronal excitotoxicity in the early phase of ALS, 20. the use of cyclosporine A for the preparation of a composition intended to inhibit the activity of calcineurin in patients suffering from ALS, or the use of FK506 for the preparation of a composition intended for
inhiber l'activité de la calcineurine chez les patients atteints d'ALS. inhibit calcineurin activity in patients with ALS.
D'autres objets de l'invention concernent des méthodes de sélection, identification, ou caractérisation de composés actifs sur les pathologies associées à l'excitotoxicité, ou au stress neuronal, comprenant la mise en contact de composés tests avec une cellules exprimant le variant d'épissage de la calcineurine dépourvu de domaine auto-inhibiteur, et la mise en évidence des Other objects of the invention relate to methods of selection, identification, or characterization of compounds active on pathologies associated with excitotoxicity, or with neuronal stress, comprising bringing test compounds into contact with a cell expressing the variant d splicing of calcineurin lacking an auto-inhibitory domain, and the identification of
composés inhibant l'expression ou l'activité de cette protéine. compounds inhibiting the expression or activity of this protein.
Un autre objet de l'invention concerne un polypeptide dérivé de la calcineurine, dépourvu du domaine auto-inhibiteur, en particulier des acides aminés 492-547, de préférence 447-547. Ce polypeptide peut être d'origine variée, notamment murine, humaine, synthétique ou semisynthétique, etc. Un autre objet de l'invention concerne tout acide nucléique codant un polypeptide tel que défini ci-dessus, les vecteurs le contenant, cellules Another subject of the invention relates to a polypeptide derived from calcineurin, lacking the auto-inhibiting domain, in particular amino acids 492-547, preferably 447-547. This polypeptide can be of varied origin, in particular murine, human, synthetic or semi-synthetic, etc. Another subject of the invention relates to any nucleic acid encoding a polypeptide as defined above, the vectors containing it, cells
recombinantes, et utilisations.recombinant, and uses.
io D'autres aspects et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture des exemples qui suivent, qui doivent être considérés comme illustratifs et non limitatifs. Mode opératoire: L'analyse qualitative différentielle a été effectuée à partir d'ARN poly adénylés (poly A+) extraits d'échantillons de cerveaux d'animaux correspondant aux différents stades, sans isolement préalable des neurones afin de prendre en compte un maximum d'évènements d'épissages alternatifs liés au Other aspects and advantages of the present invention will appear on reading the examples which follow, which should be considered as illustrative and not limiting. Procedure: The qualitative differential analysis was carried out using poly adenylated RNA (poly A +) extracted from samples of animal brains corresponding to the different stages, without prior isolation of the neurons in order to take into account a maximum of alternative splicing events related to
développement de la pathologie.pathology development.
Les ARN poly A+ sont préparés selon des techniques connues de l'homme de métier. Il peut s'agir en particulier d'un traitement au moyen d'agents chaotropiques tels que le thiocyanate de guanidium suivi d'une extraction des ARN totaux au moyen de solvants (phénol, chloroforme par exemple). De telles méthodes sont bien connues de l'homme du métier (voir Maniatis et al., Chomczynsli et al., Anal. Biochem. 162 (1987) 156), et peuvent être aisément pratiquées en utilisant des kits disponibles dans le commerce. A partir de ces ARN totaux, les ARN poly A+ sont préparés selon des méthodes classiques Poly A + RNAs are prepared according to techniques known to those skilled in the art. It may in particular be a treatment using chaotropic agents such as guanidium thiocyanate followed by extraction of the total RNAs using solvents (phenol, chloroform for example). Such methods are well known to those skilled in the art (see Maniatis et al., Chomczynsli et al., Anal. Biochem. 162 (1987) 156), and can be readily practiced using commercially available kits. From these total RNAs, poly A + RNAs are prepared according to conventional methods
connues de l'homme de métier et proposées par des kits commerciaux. known to those skilled in the art and offered by commercial kits.
Ces ARN poly A+ servent de matrice à des réactions de transcription inverse à lI'aide de reverse transcriptase. Avantageusement sont utilisées des reverse transcriptases dépourvues d'activité RNase H qui permettent d'obtenir des premiers brins d'ADN complémentaire de tailles supérieures à ceux obtenus Il avec des reverse transcriptases classiques. De telles préparations de reverse These poly A + RNAs serve as a template for reverse transcription reactions using reverse transcriptase. Advantageously, reverse transcriptases devoid of RNase H activity are used which make it possible to obtain first strands of complementary DNA of sizes larger than those obtained II with conventional reverse transcriptases. Such reverse preparations
transcriptases sans activité RNase H sont disponibles commercialement. transcriptases without RNase H activity are commercially available.
Pour chaque point de la cinétique de développement de la pathologie (30 jours, jours et 90 jours) les ARN poly A+ ainsi que les ADNc simple brins sont préparés à partir des animaux transgéniques (T) et des animaux contrôles For each point in the kinetics of pathology development (30 days, days and 90 days), poly A + RNAs as well as single-stranded cDNAs are prepared from transgenic animals (T) and control animals.
syngéniques (C).syngeneic (C).
Conformément à la technique DATAS, pour chaque point de la cinétique sont réalisées des hybridations d'ARNm (C) avec des ADNc (T) et des hybridations In accordance with the DATAS technique, for each point of the kinetics, hybridizations of mRNA (C) are carried out with cDNAs (T) and hybridizations
réciproques d'ARNm (T) avec des ADNc (C). reciprocal mRNA (T) with cDNA (C).
o10 Ces hétéroduplex ARNm/ADNc sont ensuite purifiés selon les protocoles de la o10 These mRNA / cDNA heteroduplexes are then purified according to the protocols of the
technique DATAS.DATAS technique.
Les séquences d'ARN non appariées avec un ADN complémentaire sont libérées de ces hétéroduplex sous l'action de la RNase H, cette enzyme dégradant les séquences d'ARN appariées. Ces séquences non appariées représentent les différences qualitatives qui existent entre des ARN par ailleurs homologues entre eux. Ces différences qualitatives peuvent être localisées n'importe o sur la séquence des ARN, aussi bien en 5', 3' ou à l'intérieur de la séquence et notamment dans la séquence codante. Selon leur localisation, ces séquences peuvent être non seulement des modifications d'épissage mais RNA sequences not paired with complementary DNA are released from these heteroduplexes under the action of RNase H, this enzyme degrading the paired RNA sequences. These unpaired sequences represent the qualitative differences which exist between RNAs which are otherwise homologous to one another. These qualitative differences can be located anywhere on the RNA sequence, either in 5 ′, 3 ′ or within the sequence and in particular in the coding sequence. Depending on their location, these sequences can be not only splicing modifications but
également des conséquences de translocations ou de délétions. also consequences of translocations or deletions.
Les séquences d'ARN représentant les différences qualitatives sont ensuite clonées selon les techniques connues de l'homme de métier et notamment The RNA sequences representing the qualitative differences are then cloned according to techniques known to those skilled in the art and in particular
celles décrites dans le brevet de la technique DATAS. those described in the patent for the DATAS technique.
Ces séquences sont regroupées au sein de banques de cDNA qui constituent des banques qualitatives différentielles. Une de ces banques contient les exons et les introns spécifiques de la situation saine; les autres banques contiennent These sequences are grouped within cDNA banks which constitute differential qualitative banks. One of these banks contains exons and introns specific to the healthy situation; the other banks contain
les événements d'épissage caractéristiques des conditions pathologiques. splicing events characteristic of pathological conditions.
L'expression différentielle des clones a été vérifiée par hybridation avec des sondes obtenues par reverse-transcription à partir d'ARN messagers extraits des différentes situations étudiées. Les clones hybridant de façon différentielle ont été retenus pour analyse ultérieure. Les séquences identifiées par DATAS correspondent à des introns et/ou à des exons exprimées de façon différentielle par épissage entre les situations pathologiques et la situation saine. Ces évènements d'épissage peuvent être spécifiques d'une étape donnée du The differential expression of the clones was verified by hybridization with probes obtained by reverse transcription from messenger RNA extracted from the different situations studied. The differential hybridization clones were retained for further analysis. The sequences identified by DATAS correspond to introns and / or exons expressed in a differential manner by splicing between the pathological situations and the healthy situation. These splicing events can be specific to a given stage of the
développement de la pathologie ou caractéristiques de l'état sain. development of pathology or characteristics of the healthy state.
La comparaison de ces séquences avec les banques de données permet de classifier les informations obtenues et de proposer une sélection raisonnée des The comparison of these sequences with the databases makes it possible to classify the information obtained and to propose a reasoned selection of the
séquences selon leur intérêt diagnostique ou thérapeutique. sequences according to their diagnostic or therapeutic interest.
Cette étude a permis de mettre en évidence une nouvelle isoforme de la sous- This study made it possible to highlight a new isoform of the sub-
unité catalytique de la calcineurine, spécifique des cellules (ou échantillons biologiques) pathologiques. Cette isoforme courte se distingue de la forme longue par une délétion des nucléotides 1341 à 1743 et par conséquent des acides aminés 447 à 547, le codon stop de la calcineurine correspondant au catalytic unit of calcineurin, specific for pathological cells (or biological samples). This short isoform is distinguished from the long form by a deletion of nucleotides 1341 to 1743 and therefore amino acids 447 to 547, the stop codon of calcineurin corresponding to
nucléotide 1641.nucleotide 1641.
L'administration de FK506 et de cyclosporine A à des souris Administration of FK506 and Cyclosporin A to Mice
transgéniques modèles de I'ALS ralentit la progression de la pathologie. Transgenic ALS models slow the progression of the pathology.
Les deux composés sont administrés selon trois voies, intrapérinonéale, intraveineuse et orale à différentes doses selon des protocoles connus de l'homme de métier et dérivés des protocoles utilisés pour mettre à profit leurs The two compounds are administered according to three routes, intraperineal, intravenous and oral at different doses according to protocols known to those skilled in the art and derived from the protocols used to take advantage of their
propriétés immuno-suppressives, dès les animaux âgés de 8 jours. immunosuppressive properties, from animals aged 8 days.
Les résultats indiquent clairement que le résultat optimal obtenu avec chacun des composés est une prolongation de la survie de ces animaux de 30 jours The results clearly indicate that the optimal result obtained with each of the compounds is a prolongation of the survival of these animals by 30 days.
(soit d'un quart par rapport aux animaux contrôles traités par le seul véhicule). (i.e. a quarter compared to the control animals treated by the vehicle alone).
La mort survient à 150 jours au lieu de 120 jours. Aucune modification de la cinétique n'est observée si le traitement est interrompu à 90 jours, c'est à dire lorsque le phénomène d'excitotoxicité n'est plus présent et lorsque l'activation constitutive de la calcineurine n'est plus révélée par détection de son isoforme Death occurs 150 days instead of 120 days. No modification of the kinetics is observed if the treatment is interrupted at 90 days, that is to say when the phenomenon of excitotoxicity is no longer present and when the constitutive activation of calcineurin is no longer revealed by detection of its isoform
courte délétée de son domaine auto-inhibiteur. short deleted from its auto-inhibiting domain.
L'implication de l'inhibition de la calcineurine dans la spécificité de l'effet thérapeutique est soulignée par le fait que (i) des immunosuppresseurs qui agissent par d'autres mécanismes, notamment la rapamycine, n'ont aucun effet sur le modèle étudié (ii) un dérivé non immuno-suppresseur de la cyclosporine qui n'inhibe pas la calcineurine mais inhibe l'activité romatase de la cyclophiline The implication of calcineurin inhibition in the specificity of the therapeutic effect is underlined by the fact that (i) immunosuppressants which act by other mechanisms, in particular rapamycin, have no effect on the model studied (ii) a non-immunosuppressive derivative of cyclosporine which does not inhibit calcineurin but inhibits the romatase activity of cyclophilin
A ne produit aucun effet dans le modèle étudié. A has no effect in the model studied.
D'autres object et applications de l'invention résident notamment dans: l'utilisation de tout ou partie d'une séquence dérivée de I'ARN messager de la sous-unité catalytique de la calcineurine à des fins de diagnostic ou de dépistage ou de caractérisation de pathologies neurodégénératives ayant une composante ou un stade lié au phénomène d'excitotoxicité, telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson, la sclérose en plaques, la chorée de Huntington ou l'ischémie cérébrale, - I'utilisation de tout fragment d'acide nucléique y compris des ARN anti- sens is dans le but d'inhiber l'expression de la calcineurine chez les patients atteints de telles pathologies, -l'utilisation de tout composé chimique, notamment de la cyclosporine A ou du composé FK506, ou de toute composition pharmaceutique les contenant, dans le but d'inhiber l'activité de la calcineurine chez les patients atteints de telles pathologies, -l'utilisation de tout ou partie d'une séquence dérivée de l'ARN messager de la sous-unité catalytique de la calcineurine à des fins de caractérisation du tissu et de la situation ischémique Other objects and applications of the invention reside in particular in: the use of all or part of a sequence derived from messenger RNA of the catalytic subunit of calcineurin for diagnostic or screening purposes or for characterization of neurodegenerative pathologies having a component or a stage linked to the phenomenon of excitotoxicity, such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease, multiple sclerosis, Huntington's chorea or cerebral ischemia, - the use of any nucleic acid fragment including antisense RNA is for the purpose of inhibiting the expression of calcineurin in patients suffering from such pathologies, the use of any chemical compound, in particular cyclosporin A or compound FK506, or of any pharmaceutical composition containing them, with the aim of inhibiting the activity of calcineurin in patients suffering from such pathologies, the use of all or part of a sequence derived from messenger RNA from the calcineurin catalytic subunit for characterization of tissue and ischemic status
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