Co jsou to DREADD?

Podle Dr. Liji Thomas, MDReviewed by Dr. Surat P, Ph.D.

„Designer Receptors Activated Only by Designer Drugs“ (DREADDs) patří do třídy proteinů nazývaných chemogenetické proteiny. Tyto konstruované proteiny umožňují vědcům řídit aktivitu nervových buněk u ambulantních zvířat.

Juan Gaertner |

Jak fungují DREADDs?

DREADDs umožňují receptorům spřaženým s G-proteiny reagovat na syntetické ligandy, a nikoli na jejich přirozený ligand, acetylcholin. Jsou aktivovány molekulou zvanou klozapin-N-oxid (CNO), která je biologicky inertní.

G-proteiny jsou důležité molekuly buněčné signalizace a vědci mohou zkoumat funkci buněk v živých organismech pomocí modulace této signalizace v čase a prostoru. Největší využití DREADD je v neurovědách, protože CNO může snadno procházet hematoencefalickou bariérou.

Různé DREADD se spojují s různými typy G-proteinových receptorů, jako jsou Gi, Gs a Gq. Kterýkoli z nich lze zvolit v závislosti na buněčné dráze, kterou je třeba aktivovat nebo inaktivovat.

Tyto proteiny se obvykle používají ke studiu nervových drah, diabetu, metabolických poruch, Parkinsonovy choroby, zneužívání alkoholu, posttraumatické stresové poruchy, deprese a k regulaci chování u myší reagujících na drogy a při drogové závislosti.

Jaké jsou vlastnosti DREADD?

DREADD jsou mutantní muskarinové receptory, u nichž se prověřují následující vlastnosti:

• nízká konstitutivní aktivita;
• vysoká afinita k ligandu;
• vysoká specifita k syntetickému ligandu.

Jak DREADD působí?

DREADD jsou proteiny manipulované tak, aby specificky reagovaly s malými molekulami, které působí jako chemické aktivátory, ale které tyto proteiny dříve nerozpoznávaly.

Virový vektor vloží do studované buňky gen, který kóduje upravený (mutovaný) protein receptoru spřaženého s G-proteinem (GPCR). Při výběru cílových buněk pomáhají různé promotory. Infikované buňce trvá dva až tři týdny, než začne exprimovat upravený protein receptoru, který je aktivován pomocí CNO.

Typy DREADD

hM3Dq je jeden z prvních DREADD, odvozený od lidského muskarinového receptoru hM3 dvěma bodovými mutacemi. Je velmi citlivý na CNO, ale necitlivý na acetylcholin a má nízkou úroveň konstitutivní aktivity.

hM4Di je široce používaný inhibiční DREADD. Mezi další patří hM2D, kappa opioidní receptory, Gs spřažené DREADD (GsD), což jsou chimérické receptory (obsahující oblasti krůtího a krysího receptoru).

DREADD versus optogenetika

DREADD umožňují výzkumníkům ovládat signalizaci GPCR snadněji než optogenetika. Umožňují vypnutí nebo zapnutí buněčných spínačů pomocí injekce CNO, aniž by bylo nutné použít optická vlákna. Ovlivněny budou pouze buňky, které exprimují virový vektor, což zlepší výsledky výzkumu.

Nevýhodou může být poněkud pomalejší rychlost, s jakou reakce DREADD probíhají. Tato metoda však využívá vlastní signální dráhu GPCR buněk. To je na rozdíl od optogenetiky, kdy otevření umělých kanálů umožňuje průtok iontů do buňky, když je tato vystavena výbojům světla. Za druhé, pomalejší rychlost umožňuje studovat buněčné procesy po delší dobu.

Rychlé odstranění CNO je další výhodou, protože umožňuje časovou kontrolu nad dráhou a také opakování stejné dávky v případě potřeby.

Jaké jsou problémy při práci s DREADDs?

DREADDs musí mít nízkou úroveň konstitutivní aktivity, aby nedocházelo k signalizaci, i když není navázán žádný ligand. Dalším problémem je možnost desenzitizace a downregulace receptorů při použití DREADDs, což by snížilo sílu reakcí. Stupeň desenzitizace závisí na rezervě receptoru. Signalizace GPCR může aktivovat více než jednu následnou efektorovou dráhu, což vede buď k posílení, nebo k utlumení nervové aktivity.

Nové DREADDs jsou vytvářeny pomocí řízené molekulární evoluce s platformou založenou na kvasinkách. Dalším způsobem je dokování malých molekul proti GPCR, pro které mají dostupné struktury (dokování řízené strukturou). Nové sloučeniny musí být schopny snadno proniknout do centrálního nervového systému, aby bylo možné přesně vyhodnotit chemické aktuátory napříč genem GPCR. Cíl by také mohl být upřesněn na subdomény, jako je axonální cílení, dendritické cílení nebo cílení specifické pro páteř.

Nedávná studie mechanismu účinku CNO na DREADD in vivo však uvádí, že receptory jsou aktivovány klozapinem. CNO se může v těle rychle přeměnit na klozapin, který může snadno projít hematoencefalickou bariérou a navázat se na DREADDs v mozku. Injekce klozapinu v podprahových hladinách tak může vyvolat odlišné chování zprostředkované prostřednictvím DREADDs.

Napsal

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas je gynekolog, který v roce 2001 absolvoval studium na Government Medical College, University of Calicut, Kerala. Po ukončení studia vykonávala Liji několik let praxi na plný úvazek jako konzultantka v oboru porodnictví/gynekologie v soukromé nemocnici. Poradila stovkám pacientek, které se potýkaly s problémy souvisejícími s těhotenstvím a neplodností, a měla na starosti více než 2 000 porodů, přičemž se vždy snažila dosáhnout spíše normálního než operativního porodu.

Citace

.