Wat zijn DREADDs?

Door Dr. Surat P, Ph.D.

“Designer Receptors Activated Only by Designer Drugs” (DREADD’s) behoren tot een klasse van eiwitten die chemogenetische eiwitten worden genoemd. Deze gemanipuleerde eiwitten stellen wetenschappers in staat de activiteit van zenuwcellen te controleren in rondlopende dieren.

Juan Gaertner |

Hoe werken DREADDs?

DREADDs stellen G-eiwitgekoppelde receptoren in staat te reageren op synthetische liganden en niet op hun natuurlijke ligand, acetylcholine. Ze worden geactiveerd door een molecuul genaamd clozapine-N-oxide (CNO), dat biologisch inert is.

G-eiwitten zijn belangrijke celsignaleringsmoleculen, en onderzoekers kunnen de celfunctie in levende organismen onderzoeken door deze signalering in tijd en ruimte te moduleren. Het grootste gebruik van DREADDs is in de neurowetenschappen, omdat CNO gemakkelijk de bloed-hersenbarrière kan passeren.

Various DREADDs koppelen aan verschillende G-eiwitreceptortypen, zoals Gi, Gs, en Gq. Elk van deze kan worden geselecteerd afhankelijk van de cellulaire pathway die moet worden geactiveerd of geïnactiveerd.

Deze eiwitten worden meestal gebruikt voor het bestuderen van zenuwbanen, diabetes, stofwisselingsstoornissen, de ziekte van Parkinson, alcoholmisbruik, posttraumatische stressstoornis, depressie, en voor het reguleren van gedrag bij muizen die reageren op drugs en bij drugsverslaving.

Wat zijn de eigenschappen van DREADDs?

DREADD’s zijn gemuteerde muscarine-receptoren die zijn gescreend op de volgende eigenschappen:

• Lage constitutieve activiteit;
• Hoge ligandaffiniteit;
• Hoge specificiteit voor het synthetische ligand.

Hoe werken DREADD’s?

DREADD’s zijn gemanipuleerde eiwitten om specifiek te reageren met kleine moleculen die als chemische actuatoren werken, maar die eerder niet door deze eiwitten werden herkend.

Een virale vector brengt het gen dat codeert voor de gemanipuleerde (gemuteerde) G-eiwit-gekoppelde receptor (GPCR) eiwit in de te bestuderen cel in. Verschillende promotors helpen bij de selectie van de doelcellen. De geïnfecteerde cel heeft twee tot drie weken nodig om het gemanipuleerde receptoreiwit tot expressie te brengen, dat met CNO wordt geactiveerd.

Types van DREADD

hM3Dq is een van de vroegste DREADD, afgeleid van de menselijke muscarine-receptor hM3 door twee puntmutaties. Zij is zeer gevoelig voor CNO, maar ongevoelig voor acetylcholine en heeft een geringe constitutieve activiteit.

hM4Di is een veelgebruikte remmende DREADD. Andere omvatten de hM2D, kappa opioïde receptoren, Gs-coupled DREADDs (GsD), die chimere receptoren zijn (die kalkoen en rat receptor regio’s bevatten).

DREADDs versus optogenetics

DREADDs stellen onderzoekers in staat om GPCR signalering gemakkelijker te controleren dan optogenetics. Zij maken het mogelijk cellulaire schakelaars uit of aan te zetten met behulp van de injectie van CNO, zonder de noodzaak van vezeloptische arrays. Alleen cellen die de virale vector tot expressie brengen, worden beïnvloed, waardoor de onderzoeksresultaten verbeteren.

De iets tragere snelheid waarmee DREADD-reacties tot stand komen, zou een nadeel kunnen zijn. Deze methode maakt echter gebruik van de eigen GPCR-signaleringsroute van de cellen. Dit in tegenstelling tot optogenetica, waarbij de opening van kunstmatige kanalen ionenstroom in de cel toelaat wanneer deze aan lichtuitbarstingen wordt blootgesteld. Ten tweede maakt de langzamere snelheid het mogelijk celprocessen gedurende een langere periode te bestuderen.

De snelle klaring van CNO is een ander voordeel, aangezien dit tijdcontrole over de pathway mogelijk maakt en ook herhaling van dezelfde dosis indien nodig.

Wat zijn de uitdagingen van het werken met DREADDs?

DREADDs moeten lage niveaus van constitutieve activiteit hebben, om signalering te voorkomen, zelfs wanneer er geen ligandbinding is. Een ander probleem is de mogelijkheid van desensibilisatie en downregulatie van de receptoren bij gebruik van DREADDs, waardoor de sterkte van de responsen zou verminderen. De mate van desensibilisatie hangt af van de receptorreserve. GPCR signalering kan meer dan één downstream effector pathway activeren, resulterend in het versterken of uitschakelen van neurale activiteit.

Nieuwe DREADDs worden gecreëerd met behulp van gerichte moleculaire evolutie met een op gist gebaseerd platform. Een andere manier is om kleine moleculen te koppelen aan GPCR’s waarvoor structuren beschikbaar zijn (structure-guided docking). Nieuwe verbindingen moeten gemakkelijk het centrale zenuwstelsel kunnen penetreren om nauwkeurige evaluatie van chemische actuatoren over het GPCR-gen mogelijk te maken. Het doelwit zou ook kunnen worden verfijnd tot subdomeinen zoals axonale doelwitten, dendritische doelwitten of wervelkolom-specifieke doelwitten.

Een recente studie over het in vivo werkingsmechanisme van CNO op de DREADD’s heeft echter gerapporteerd dat de receptoren worden geactiveerd door clozapine. CNO kan in het lichaam snel worden omgezet in clozapine, dat gemakkelijk de bloed-hersenbarrière kan passeren en zich aan de DREADD’s in de hersenen bindt. De injectie van clozapine op subdrempelniveaus kan aldus de verschillende gedragingen teweegbrengen die via DREADDs worden gemedieerd.

Geschreven door

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is een OB-GYN, die in 2001 is afgestudeerd aan het Government Medical College, University of Calicut, Kerala. Liji heeft na haar afstuderen een aantal jaren als voltijds consulent verloskunde/gynaecologie in een particulier ziekenhuis gewerkt. Ze heeft honderden patiënten begeleid die te maken hadden met zwangerschapsgerelateerde problemen en onvruchtbaarheid, en heeft meer dan 2000 bevallingen begeleid, waarbij ze altijd streefde naar een normale bevalling in plaats van een operatieve.

Last bijgewerkt 6 feb 2019

Citaties

Gebruik een van de volgende formaten om dit artikel te citeren in uw essay, paper of verslag:

• APA

  Thomas, Liji. (2019, februari 06). Wat zijn DREADDs. Nieuws-Medisch. Retrieved on March 24, 2021 from https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-DREADDs.aspx.

• MLA

  Thomas, Liji. “Wat zijn DREADDs?”. Nieuws-Medisch. 24 maart 2021. <https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-DREADDs.aspx>.

• Chicago

  Thomas, Liji. “Wat zijn DREADDs?”. Nieuws-Medisch. https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-DREADDs.aspx. (accessed March 24, 2021).

• Harvard

  Thomas, Liji. 2019. Wat zijn DREADDs. Nieuws-Medisch, bekeken 24 maart 2021, https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-DREADDs.aspx.