Pharmacological inhibition of carbonic anhydrases with a positively charged pyridinium sulfonamide phenocopies the neuroprotective effects of Car9 genetic ablation in a murine setting of oxygen/glucose deprivation followed by re-oxygenation and is associated with improved neuronal function in ischemic rats
Sara Amiranda,
Mariangela Succoio,
Serenella Anzilotti,
Ornella Cuomo,
Tiziana Petrozziello,
Valentina Tedeschi,
Arianna Finizio,
Giorgia Mele,
Seppo Parkkila,
Lucio Annunziato,
Giuseppina De Simone,
Giuseppe Pignataro,
Agnese Secondo,
Nicola Zambrano
Affiliations
Sara Amiranda
Dipartimento di Medicina molecolare e Biotecnologie mediche, Università degli Studi di Napoli Federico II, Napoli, Italy; CEINGE Biotecnologie Avanzate Franco Salvatore S.C.aR.L., Napoli, Italy
Mariangela Succoio
Dipartimento di Medicina molecolare e Biotecnologie mediche, Università degli Studi di Napoli Federico II, Napoli, Italy; CEINGE Biotecnologie Avanzate Franco Salvatore S.C.aR.L., Napoli, Italy
Serenella Anzilotti
Department of Human Sciences and Quality of Life Promotion, Università San Raffaele, Rome, Italy
Ornella Cuomo
Division of Pharmacology, Dipartimento di Neuroscienze e Scienze Riproduttive ed Odontostomatologiche, Università degli Studi di Napoli Federico II, Napoli, Italy
Tiziana Petrozziello
Division of Pharmacology, Dipartimento di Neuroscienze e Scienze Riproduttive ed Odontostomatologiche, Università degli Studi di Napoli Federico II, Napoli, Italy
Valentina Tedeschi
Division of Pharmacology, Dipartimento di Neuroscienze e Scienze Riproduttive ed Odontostomatologiche, Università degli Studi di Napoli Federico II, Napoli, Italy
Arianna Finizio
Dipartimento di Medicina molecolare e Biotecnologie mediche, Università degli Studi di Napoli Federico II, Napoli, Italy; CEINGE Biotecnologie Avanzate Franco Salvatore S.C.aR.L., Napoli, Italy
Giorgia Mele
Dipartimento di Medicina molecolare e Biotecnologie mediche, Università degli Studi di Napoli Federico II, Napoli, Italy; CEINGE Biotecnologie Avanzate Franco Salvatore S.C.aR.L., Napoli, Italy
Seppo Parkkila
Faculty of Medicine and Health Technology, Tampere University, Tampere, Finland; Fimlab Ltd, Tampere University Hospital, Tampere, Finland
Lucio Annunziato
SYNLAB SDN, Via Gianturco, Napoli, Italy
Giuseppina De Simone
Istituto di Biostrutture e Bioimmagini, CNR, Via Pietro Castellino 111, 80131, Napoli, Italy
Giuseppe Pignataro
Division of Pharmacology, Dipartimento di Neuroscienze e Scienze Riproduttive ed Odontostomatologiche, Università degli Studi di Napoli Federico II, Napoli, Italy
Agnese Secondo
Division of Pharmacology, Dipartimento di Neuroscienze e Scienze Riproduttive ed Odontostomatologiche, Università degli Studi di Napoli Federico II, Napoli, Italy; Corresponding author.
Nicola Zambrano
Dipartimento di Medicina molecolare e Biotecnologie mediche, Università degli Studi di Napoli Federico II, Napoli, Italy; CEINGE Biotecnologie Avanzate Franco Salvatore S.C.aR.L., Napoli, Italy; Corresponding author. Dipartimento di Medicina molecolare e Biotecnologie mediche, Università degli Studi di Napoli Federico II, Napoli, Italy.
Carbonic anhydrases constitute a family of metalloenzymes vital for maintaining acid-base balance and regulating pH in physio-pathological processes. These findings suggest carbonic anhydrases as potential therapeutic targets for treating pH-associated disorders, including cerebral ischemia, to mitigate hypoxia- and reoxygenation-induced neuronal damage. A focus on carbonic anhydrase IX showed that ischemic stress altered subcellular distributions of this enzyme in rodent neuronal populations. Given the enzyme's canonical membrane localization, we implemented pharmacological inhibition using a membrane-impermeant sulfonamide inhibitor in neuronal models of brain ischemia. The treatments exerted neuroprotective effects on neurons from Car9 knockout mice. Moreover, administration of the sulfonamide inhibitor to rats subjected to transient middle cerebral artery occlusion decreased infarct volumes and improved neurological deficits. Our results support the involvement of carbonic anhydrase IX in postischemic damage and pave the way for possible pharmacological interventions with selective inhibitors in the management of brain ischemia.