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Prevention of NMDA receptor sensitization by neurotoxic β-amyloid through polyphosphate coacervation - 18/06/26

Doi : 10.1016/j.biopha.2026.119578 
Werner E.G. Müller a, , Sanja Perovic-Ottstadt a, Rita Dobmeyer b, Meik Neufurth a, Hadrian Nassabi c, Rafael Muñoz-Espí d, Hiroshi Ushijima e, Heinz C. Schröder a, Xiaohong Wang a,
a ERC Advanced Investigator Grant Research Group at the Institute for Physiological Chemistry, University Medical Center of the Johannes Gutenberg University, Mainz 55128, Germany 
b Galenus GH AG, Hergiswil 6052, Switzerland 
c Clinic for Skin Diseases with Plastic Surgery SRH Wald-Klinikum Gera, Gera 07548, Germany 
d Institute of Materials Science (ICMUV), Universitat de València, Paterna, València 46980, Spain 
e Division of Microbiology, Department of Pathology and Microbiology, Nihon University-School of Medicine, Tokyo 173-2610, Japan 

Correspondence to: ERC Advanced Investigator Grant Research Group at the Institute for Physiological Chemistry, University Medical Center of the Johannes Gutenberg University, Duesbergweg 6, Mainz D-55128, Germany. ERC Advanced Investigator Grant Research Group at the Institute for Physiological Chemistry, University Medical Center of the Johannes Gutenberg University Duesbergweg 6 Mainz D-55128 Germany

Abstract

Alzheimer’s disease is characterized by amyloid-β (Aβ)–induced synaptic dysfunction and N -methyl- d -aspartate (NMDA) receptor–dependent calcium dysregulation, and inorganic polyphosphate (polyP), a platelet-enriched polymer released upon platelet activation, has emerged as a potential modulator of neuronal survival. Primary rat neuronal cultures and PC12 pheochromocytoma cells were exposed to the neurotoxic Aβ fragment Aβ(25–35), following a 2–5 day pre-incubation to induce its toxic conformation; neuronal apoptosis, NMDA receptor–mediated calcium influx, and the mechanistic basis of polyP action were assessed in the presence of sodium polyphosphate (Na-polyP), including experiments with calcium-chelating polyP coacervates formed in combination with serotonin, and the release kinetics of three polyP-based brain-targeted formulations were characterized. Pre-incubated Aβ(25–35) at 10 µM induced apoptotic neuronal death within 3 days, whereas coincubation with Na-polyP (50 µg/mL) abolished Aβ-induced neurotoxicity and significantly attenuated glutamate-evoked NMDA receptor–dependent calcium influx; mechanistic analyses demonstrated that Na-polyP forms calcium-chelating coacervates, promoted by serotonin at physiological Ca²⁺ concentrations, and that polyP nanogels, nanoparticles and micelle-based formulations exhibit controlled release profiles. These data identify calcium chelation via polyP coacervate formation as a key mechanism underlying protection against Aβ-induced NMDA receptor sensitization and neuronal death, and suggest that polyP-based strategies may provide a mechanistically grounded approach for therapeutic intervention in Alzheimer’s disease.

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Graphical Abstract




 : 

Inorganic polyphosphate (polyP) can ameliorate the neurotoxicity of the Alzheimer's Aβ-amyloid peptide to brain neurons. Na-polyP prevents the Ca²⁺ increase caused by the interaction of the Aβ-peptide with the neuronal NMDA receptor by scavenging Ca²⁺ ions through coacervate formation. This sketch illustrates two pathways by which polyP, packaged in suitable vehicles, can be delivered to the brain: either via the blood-brain barrier of blood vessels or via the olfactory nerve.


Inorganic polyphosphate (polyP) can ameliorate the neurotoxicity of the Alzheimer's Aβ-amyloid peptide to brain neurons. Na-polyP prevents the Ca²⁺ increase caused by the interaction of the Aβ-peptide with the neuronal NMDA receptor by scavenging Ca²⁺ ions through coacervate formation. This sketch illustrates two pathways by which polyP, packaged in suitable vehicles, can be delivered to the brain: either via the blood-brain barrier of blood vessels or via the olfactory nerve.

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Highlights

PolyP blocks Aβ(25–35) neurotoxicity in neurons.
PolyP attenuates NMDA receptor–mediated Ca²⁺ influx.
Ca²⁺ chelation via polyP coacervates is key mechanism.
Serotonin promotes polyP coacervation at physiological Ca²⁺.
PolyP nanogels/micelles show controlled release for AD.

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Keywords : Inorganic polyphosphate, Serotonin, Coacervate, Neurotoxic effect, Alzheimer amyloid β peptide, NMDA receptor, Apoptosis, Calcium, Primary rat neuronal cells, Rat pheochromocytoma PC12 cells


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Vol 200

Article 119578- juillet 2026 Retour au numéro
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  • Fukinolic acid facilitates toxic amyloid-β oligomerization and exacerbates synaptic dysfunction
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  • β-Arrestin-biased activation of type I angiotensin II receptors improves prognosis of murine pediatric heart failure
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