Mik azok a DREADD-k?

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

A “Designer Receptors Activated Only by Designer Drugs” (DREADDs) az úgynevezett kemogenetikus fehérjék osztályába tartoznak. Ezek a mesterségesen előállított fehérjék lehetővé teszik a tudósok számára, hogy az idegsejtek aktivitását szabályozzák a járóképes állatokban.

Juan Gaertner |

Hogyan működnek a DREADD-k?

A DREADD-k lehetővé teszik, hogy a G-protein-csatolt receptorok szintetikus ligandokra reagáljanak, és ne a természetes ligandjukra, az acetilkolinra. Egy klozapin-N-oxid (CNO) nevű molekulával aktiválódnak, amely biológiailag inaktív.

A G-fehérjék fontos sejtjelző molekulák, és a kutatók e jelátvitel időben és térben történő modulálásával vizsgálhatják a sejtek működését az élő szervezetekben. A DREADD-ket leginkább az idegtudományban használják, mivel a CNO könnyen átjut a vér-agy gáton.

A különböző DREADD-k különböző G-fehérje receptortípusokhoz, például a Gi, Gs és Gq receptorokhoz kapcsolódnak. Ezek közül bármelyik kiválasztható az aktiválandó vagy inaktiválandó sejtszintű útvonaltól függően.

Ezeket a fehérjéket jellemzően idegpályák, cukorbetegség, anyagcserezavarok, Parkinson-kór, alkoholfogyasztás, poszttraumás stresszbetegség, depresszió tanulmányozására, valamint gyógyszerekre reagáló egerek viselkedésének szabályozására és drogfüggőségben használják.

Melyek a DREADD-k tulajdonságai?

A DREADD-k olyan mutáns muszkarin receptorok, amelyeket a következő tulajdonságok szerint szűrnek:

• alacsony konstitutív aktivitás;
• magas ligandum-affinitás;
• magas specificitás a szintetikus ligandummal szemben.

Hogyan hatnak a DREADD-k?

A DREADD-k olyan manipulált fehérjék, amelyek specifikusan reagálnak olyan kis molekulákkal, amelyek kémiai aktivátorokként működnek, de amelyeket ezek a fehérjék korábban nem ismertek fel.

A vírusvektor bejuttatja a géneket, amelyek a módosított (mutáns) G-fehérje-kapcsolt receptor (GPCR) fehérjét kódolják a vizsgálandó sejtbe. A célsejtek kiválasztásában különböző promóterek segítenek. A fertőzött sejtnek két-három hétre van szüksége ahhoz, hogy kifejezze a módosított receptorfehérjét, amelyet CNO segítségével aktiválnak.

DREADD-típusok

AhM3Dq az egyik legkorábbi DREADD, amely a humán muszkarin receptor hM3-ból származik két pontmutáció révén. Nagyon érzékeny a CNO-ra, de érzéketlen az acetilkolinra, és alacsony konstitutív aktivitással rendelkezik.

AhM4Di egy széles körben használt gátló DREADD. Mások közé tartoznak a hM2D, a kappa opioid receptorok, a Gs-csatolt DREADD-k (GsD), amelyek kiméra receptorok (pulyka és patkány receptor régiókat tartalmaznak).

DREADD-k kontra optogenetika

A DREADD-k lehetővé teszik a kutatók számára, hogy könnyebben szabályozzák a GPCR jelátvitelt, mint az optogenetika. Lehetővé teszik a sejtek kapcsolóinak ki- vagy bekapcsolását CNO befecskendezésével, anélkül, hogy száloptikai tömbökre lenne szükség. Csak a vírusvektort expresszáló sejtekre lesz hatással, ami javítja a kutatási eredményeket.

A DREADD-reakciók valamivel lassabb lefolyása hátrányt jelenthet. Ez a módszer azonban a sejtek saját GPCR jelátviteli útvonalát használja. Ez ellentétben áll az optogenetikával, ahol mesterséges csatornák megnyitása teszi lehetővé az ionok beáramlását a sejtbe, ha azt fénysugárzásnak tesszük ki. Másodszor, a lassabb sebesség lehetővé teszi a sejtfolyamatok hosszabb ideig történő tanulmányozását.

A CNO gyors kiürülése egy másik előny, mivel lehetővé teszi az útvonal időbeli ellenőrzését és szükség esetén ugyanazon dózis ismétlését is.

Melyek a DREADD-kkel való munka kihívásai?

A DREADD-knek alacsony konstitutív aktivitással kell rendelkezniük, hogy elkerüljék a jelátvitelt akkor is, ha nincs ligandumkötés. Egy másik probléma a receptorok deszenzitizációjának és downregulációjának lehetősége a DREADD-k használata során, ami csökkentené a válaszok erősségét. A deszenzitizáció mértéke a receptortartaléktól függ. A GPCR jelátvitel egynél több downstream effektor útvonalat aktiválhat, ami vagy az idegi aktivitás fokozását vagy elnémítását eredményezi.

Az új DREADD-ket irányított molekuláris evolúcióval, élesztő alapú platformmal hozzák létre. Egy másik módszer kis molekulák dokkolása olyan GPCR-ekhez, amelyekhez rendelkezésre álló szerkezetek állnak (szerkezetvezérelt dokkolás). Az új vegyületeknek könnyen be kell tudniuk hatolni a központi idegrendszerbe, hogy lehetővé tegyék a kémiai aktivátorok pontos értékelését a GPCR-génen keresztül. A célpontot olyan aldomainekre is finomítani lehetne, mint az axonális célzás, a dendritikus célzás vagy a gerinc-specifikus célzás.

A CNO in vivo hatásmechanizmusát a DREADD-ken vizsgáló legújabb tanulmány arról számolt be, hogy a receptorokat a klozapin aktiválja. A CNO a szervezetben gyorsan átalakulhat klozapinná, amely könnyedén átjut a vér-agy gáton, és az agyban lévő DREADD-khez kötődik. A klozapin küszöbérték alatti szintű injekciója így a DREADD-ken keresztül közvetített eltérő viselkedéseket idézhet elő.

Az

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas szülész-nőgyógyász, aki a keralai Calicut Egyetem kormányzati orvosi főiskoláján szerzett diplomát 2001-ben. Liji a diploma megszerzését követően néhány évig főállású szülészeti/nőgyógyászati konzulensként praktizált egy magánkórházban. Több száz olyan páciensnek adott tanácsot, akik terhességgel kapcsolatos problémákkal és meddőséggel szembesültek, és több mint 2000 szülést vezetett, mindig arra törekedve, hogy a műtét helyett normális szülést érjen el.

Hivatkozások