¿Qué son las DREADD?

Por el Dr. Liji Thomas, MDRevisado por el Dr. Surat P, Ph.D.

Los «receptores de diseño activados sólo por fármacos de diseño» (DREADDs) pertenecen a una clase de proteínas denominadas proteínas quimiogenéticas. Estas proteínas manipuladas permiten a los científicos controlar la actividad de las células nerviosas en animales ambulantes.

Juan Gaertner |

¿Cómo funcionan los DREADDs?

Los DREADDs permiten que los receptores acoplados a proteínas G respondan a ligandos sintéticos y no a su ligando natural, la acetilcolina. Se activan mediante una molécula llamada clozapina-N-óxido (CNO) que es biológicamente inerte.

Las proteínas G son importantes moléculas de señalización celular, y los investigadores pueden investigar la función celular en los organismos vivos modulando esta señalización en el tiempo y el espacio. El mayor uso de las DREADDs es en la neurociencia porque la CNO puede cruzar fácilmente la barrera hematoencefálica.

Varias DREADDs se acoplan a diferentes tipos de receptores de proteínas G, como Gi, Gs y Gq. Cualquiera de ellos puede seleccionarse en función de la vía celular que se quiera activar o inactivar.

Estas proteínas se utilizan normalmente para estudiar las vías nerviosas, la diabetes, los trastornos metabólicos, la enfermedad de Parkinson, el abuso del alcohol, el trastorno de estrés postraumático, la depresión y para regular los comportamientos en ratones que reaccionan a las drogas y en la drogadicción.

¿Cuáles son las propiedades de las DREADD?

Los DREADDs son receptores muscarínicos mutantes que se seleccionan por las siguientes características:

• Baja actividad constitutiva;
• Alta afinidad al ligando;
• Alta especificidad al ligando sintético.

¿Cómo actúan los DREADDs?

Las DREADD son proteínas manipuladas para que reaccionen específicamente con pequeñas moléculas que actúan como actuadores químicos, pero que no eran reconocidas previamente por estas proteínas.

Un vector viral inserta el gen que codifica la proteína del receptor acoplado a la proteína G (GPCR) manipulada (mutante) en la célula a estudiar. Varios promotores ayudan a seleccionar las células objetivo. La célula infectada tarda dos o tres semanas en expresar la proteína del receptor modificada, que se activa con CNO.

Tipos de DREADD

hM3Dq es uno de los primeros DREADD, derivado del receptor muscarínico humano hM3 por dos mutaciones puntuales. Es muy sensible a la CNO, pero insensible a la acetilcolina y tiene bajos niveles de actividad constitutiva.

hM4Di es una DREADD inhibidora ampliamente utilizada. Otros incluyen el hM2D, los receptores opioides kappa, los DREADDs acoplados a Gs (GsD), que son receptores quiméricos (que contienen regiones de receptores de pavo y de rata).

DREADDs frente a la optogenética

Los DREADDs permiten a los investigadores controlar la señalización de los GPCRs más fácilmente que la optogenética. Permiten apagar o encender los interruptores celulares mediante la inyección de CNO, sin necesidad de matrices de fibra óptica. Sólo las células que expresan el vector viral se verán afectadas, lo que mejora los resultados de la investigación.

La velocidad algo más lenta a la que se producen las reacciones DREADD podría ser una desventaja. Sin embargo, este método utiliza la propia vía de señalización GPCR de las células. Esto contrasta con la optogenética, en la que la apertura de canales artificiales permite el flujo de iones en la célula cuando ésta se expone a ráfagas de luz. En segundo lugar, la velocidad más lenta permite estudiar los procesos celulares durante un periodo más largo.

El rápido aclaramiento de la CNO es otra ventaja, ya que permite controlar el tiempo de la vía y también repetir la misma dosis si es necesario.

¿Cuáles son los retos de trabajar con DREADDs?

Los DREADDs deben tener bajos niveles de actividad constitutiva, para evitar la señalización incluso cuando no hay unión de ligando. Otro problema es la posibilidad de desensibilización y regulación a la baja de los receptores mientras se utilizan las DREADDs, lo que reduciría la fuerza de las respuestas. El grado de desensibilización depende de la reserva del receptor. La señalización de los GPCRs puede activar más de una vía efectora descendente, lo que resulta en la potenciación o el silenciamiento de la actividad neuronal.

Se están creando nuevos DREADDs utilizando la evolución molecular dirigida con una plataforma basada en la levadura. Otra forma es acoplar pequeñas moléculas contra los GPCRs para los que se dispone de estructuras (acoplamiento guiado por la estructura). Los nuevos compuestos deben ser capaces de penetrar fácilmente en el sistema nervioso central para permitir una evaluación precisa de los actuadores químicos a través del gen GPCR. La diana también podría refinarse en subdominios como la diana axonal, la diana dendrítica o la diana específica de la columna vertebral.

Sin embargo, un estudio reciente sobre el mecanismo de acción in vivo de la CNO en los DREADD ha informado de que los receptores son activados por la clozapina. La CNO puede convertirse rápidamente en el cuerpo en clozapina, que puede atravesar la barrera hematoencefálica con facilidad y unirse a los DREADD en el cerebro. La inyección de clozapina a niveles subumbrales puede así provocar los distintos comportamientos mediados a través de las DREADDs.

Escrito por

Dr. Liji Thomas

El Dr. Liji Thomas es un ginecólogo-obstetra, que se graduó en la Facultad de Medicina del Gobierno, Universidad de Calicut, Kerala, en 2001. Liji ejerció como consultora a tiempo completo en obstetricia/ginecología en un hospital privado durante algunos años tras su graduación. Ha asesorado a cientos de pacientes con problemas relacionados con el embarazo y la infertilidad, y ha estado a cargo de más de 2.000 partos, esforzándose siempre por conseguir un parto normal en lugar de operatorio.

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