Que sont les DREADD ?

Par le Dr. Liji Thomas, MDRévisé par le Dr. Surat P, Ph.D.

Les « Designer Receptors Activated Only by Designer Drugs » (DREADDs) appartiennent à une classe de protéines appelées protéines chimiogénétiques. Ces protéines modifiées permettent aux scientifiques de contrôler l’activité des cellules nerveuses chez les animaux ambulatoires.

Juan Gaertner |

Comment fonctionnent les DREADD ?

Les DREADD permettent aux récepteurs couplés aux protéines G de répondre à des ligands synthétiques et non à leur ligand naturel, l’acétylcholine. Ils sont activés par une molécule appelée clozapine-N-oxyde (CNO) qui est biologiquement inerte.

Les protéines G sont d’importantes molécules de signalisation cellulaire, et les chercheurs peuvent étudier la fonction cellulaire dans les organismes vivants en modulant cette signalisation dans le temps et l’espace. La plus grande utilisation des DREADD se fait dans le domaine des neurosciences car le CNO peut facilement traverser la barrière hémato-encéphalique.

Divers DREADD se couplent à différents types de récepteurs de protéines G, comme Gi, Gs et Gq. Chacun d’entre eux peut être sélectionné en fonction de la voie cellulaire à activer ou à inactiver.

Ces protéines sont généralement utilisées pour étudier les voies nerveuses, le diabète, les troubles métaboliques, la maladie de Parkinson, l’abus d’alcool, le stress post-traumatique, la dépression, et pour réguler les comportements chez les souris réagissant aux drogues et dans la toxicomanie.

Quelles sont les propriétés des DREADD ?

Les DREADD sont des récepteurs muscariniques mutants qui sont criblés pour les caractéristiques suivantes :

• faible activité constitutive ;
• haute affinité pour le ligand ;
• haute spécificité pour le ligand synthétique.

Comment agissent les DREADD ?

Les DREADD sont des protéines manipulées pour réagir spécifiquement avec de petites molécules qui agissent comme des actionneurs chimiques, mais qui n’étaient pas reconnues auparavant par ces protéines.

Un vecteur viral insère le gène qui code pour la protéine du récepteur couplé à la protéine G (RCPG) modifié (mutant) dans la cellule à étudier. Divers promoteurs permettent de sélectionner les cellules cibles. La cellule infectée met deux ou trois semaines à exprimer la protéine du récepteur modifié qui est activée à l’aide de CNO.

Types de DREADD

hM3Dq est l’un des plus anciens DREADD, dérivé du récepteur muscarinique humain hM3 par deux mutations ponctuelles. Il est très sensible au CNO, mais insensible à l’acétylcholine et présente de faibles niveaux d’activité constitutive.

hM4Di est un DREADD inhibiteur largement utilisé. D’autres incluent le hM2D, les récepteurs opioïdes kappa, les DREADD couplés à Gs (GsD), qui sont des récepteurs chimériques (contenant des régions réceptrices de dinde et de rat).

Les DREADD par rapport à l’optogénétique

Les DREADD permettent aux chercheurs de contrôler la signalisation des RCPG plus facilement que l’optogénétique. Ils permettent d’éteindre ou d’allumer des interrupteurs cellulaires en utilisant l’injection de CNO, sans avoir recours à des réseaux de fibres optiques. Seules les cellules qui expriment le vecteur viral seront affectées, ce qui améliore les résultats de la recherche.

La vitesse un peu plus lente à laquelle les réactions DREADD se produisent pourrait être un inconvénient. Cependant, cette méthode utilise la propre voie de signalisation des RCPG des cellules. Elle s’oppose à l’optogénétique, où l’ouverture de canaux artificiels permet le flux d’ions dans la cellule lorsque celle-ci est exposée à des éclats de lumière. Deuxièmement, le rythme plus lent permet d’étudier les processus cellulaires pendant une plus longue période.

La clairance rapide du CNO est un autre avantage puisqu’elle permet un contrôle temporel de la voie et également la répétition de la même dose si nécessaire.

Quels sont les défis à relever pour travailler avec les DREADD ?

Les DREADD doivent avoir de faibles niveaux d’activité constitutive, pour éviter de signaler même en l’absence de liaison de ligand. Un autre problème est la possibilité de désensibilisation et de régulation à la baisse des récepteurs lors de l’utilisation des DREADD, ce qui réduirait la force des réponses. Le degré de désensibilisation dépend de la réserve de récepteurs. La signalisation des RCPG peut activer plus d’une voie effectrice en aval, ce qui a pour effet de renforcer ou de réduire au silence l’activité neuronale.

De nouveaux DREADD sont créés en utilisant l’évolution moléculaire dirigée avec une plateforme basée sur la levure. Une autre méthode consiste à arrimer de petites molécules aux RCPG pour lesquels on dispose de structures (arrimage guidé par la structure). Les nouveaux composés doivent être capables de pénétrer facilement dans le système nerveux central pour permettre une évaluation précise des actionneurs chimiques sur le gène du RCPG. La cible pourrait également être affinée en sous-domaines tels que le ciblage axonal, le ciblage dendritique ou le ciblage spécifique de la colonne vertébrale.

Toutefois, une étude récente sur le mécanisme d’action in vivo de CNO sur les DREADD a rapporté que les récepteurs sont activés par la clozapine. Le CNO peut se convertir rapidement dans l’organisme en clozapine, qui peut traverser facilement la barrière hémato-encéphalique et se lier aux DREADD dans le cerveau. L’injection de clozapine à des niveaux inférieurs au seuil peut ainsi provoquer les comportements distincts médiés par les DREADD.

Écrit par

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas est un gynécologue-obstétricien, diplômé du Government Medical College, Université de Calicut, Kerala, en 2001. Liji a exercé en tant que consultante à plein temps en obstétrique/gynécologie dans un hôpital privé pendant quelques années après son diplôme. Elle a conseillé des centaines de patients confrontés à des problèmes liés à la grossesse et à l’infertilité, et a été en charge de plus de 2 000 accouchements, s’efforçant toujours de réaliser un accouchement normal plutôt qu’opératoire.

Citations

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