Co to są DREADDs?

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

„Designer Receptors Activated Only by Designer Drugs” (DREADDs) należą do klasy białek zwanych białkami chemogenetycznymi. Te zmodyfikowane białka pozwalają naukowcom kontrolować aktywność komórek nerwowych u zwierząt ambulatoryjnych.

Juan Gaertner |

Jak działają DREADDs?

DREADDs pozwalają receptorom sprzężonym z białkiem G reagować na syntetyczne ligandy, a nie na ich naturalny ligand, acetylocholinę. Są one aktywowane przez cząsteczkę o nazwie N-tlenek klozapiny (CNO), która jest biologicznie obojętna.

Białka G są ważnymi cząsteczkami sygnalizacji komórkowej, a naukowcy mogą badać funkcje komórek w organizmach żywych poprzez modulowanie tej sygnalizacji w czasie i przestrzeni. Największe zastosowanie DREADDs znajduje w neurobiologii, ponieważ CNO może łatwo przekroczyć barierę krew-mózg.

Różne DREADDs łączą się z różnymi typami receptorów białek G, takimi jak Gi, Gs i Gq. Każdy z nich może być wybrany w zależności od szlaku komórkowego, który ma być aktywowany lub inaktywowany.

Białka te są zwykle wykorzystywane do badania szlaków nerwowych, cukrzycy, zaburzeń metabolicznych, choroby Parkinsona, nadużywania alkoholu, zespołu stresu pourazowego, depresji oraz do regulacji zachowań u myszy reagujących na leki i w uzależnieniu od narkotyków.

Jakie są właściwości DREADDs?

DREADDs są zmutowanymi receptorami muskarynowymi, które są badane pod kątem następujących właściwości:

• Niska aktywność konstytutywna;
• Wysokie powinowactwo do ligandu;
• Wysoka swoistość do ligandu syntetycznego.

Jak działają DREADDs?

DREADDs są białkami manipulowanymi tak, aby reagowały specyficznie z małymi cząsteczkami, które działają jak chemiczne aktuatory, ale które nie były wcześniej rozpoznawane przez te białka.

Wektor wirusowy wprowadza gen, który koduje zmodyfikowane (zmutowane) białko receptora sprzężonego z białkiem G (GPCR) do komórki, która ma być badana. Różne promotory pomagają wybrać komórki docelowe. Zainfekowana komórka potrzebuje dwóch lub trzech tygodni na ekspresję zmodyfikowanego białka receptorowego, które jest aktywowane za pomocą CNO.

Typy DREADD

hM3Dq jest jednym z najwcześniejszych DREADD, wywodzącym się z ludzkiego receptora muskarynowego hM3 poprzez dwie mutacje punktowe. Jest on bardzo wrażliwy na CNO, ale niewrażliwy na acetylocholinę i ma niski poziom aktywności konstytutywnej.

hM4Di jest szeroko stosowanym inhibitorowym DREADD. Inne obejmują hM2D, receptory opioidowe kappa, Gs-coupled DREADDs (GsD), które są chimerycznymi receptorami (zawierającymi regiony receptorów indyka i szczura).

DREADDs versus optogenetyka

DREADDs pozwalają badaczom kontrolować sygnalizację GPCR łatwiej niż optogenetyka. Pozwalają one na wyłączenie lub włączenie przełączników komórkowych za pomocą iniekcji CNO, bez potrzeby stosowania tablic światłowodowych. Tylko komórki, które wyrażają wektor wirusowy będą dotknięte, poprawiając wyniki badań.

Nieco wolniejsze tempo, w jakim zachodzą reakcje DREADD, może być wadą. Jednak metoda ta wykorzystuje własny szlak sygnalizacyjny GPCR komórek. Jest to przeciwieństwo optogenetyki, w której otwarcie sztucznych kanałów umożliwia przepływ jonów do komórki, gdy ta wystawiona jest na działanie impulsów światła. Po drugie, wolniejsze tempo pozwala na badanie procesów komórkowych przez dłuższy czas.

Szybki klirens CNO jest kolejną zaletą, ponieważ pozwala na kontrolę czasową nad szlakiem, a także na powtarzanie tej samej dawki, jeśli jest to wymagane.

Jakie wyzwania wiążą się z pracą z DREADDs?

DREADDs muszą mieć niski poziom konstytutywnej aktywności, aby uniknąć sygnalizacji nawet wtedy, gdy nie ma wiązania ligandu. Innym problemem jest możliwość desensytyzacji i downregulacji receptorów przy użyciu DREADD, co zmniejszyłoby siłę odpowiedzi. Stopień desensytyzacji zależy od rezerwy receptorowej. Sygnalizacja GPCR może aktywować więcej niż jedną ścieżkę efektorową, co skutkuje wzmocnieniem lub wyciszeniem aktywności neuronalnej.

Nowe DREADDs są tworzone przy użyciu ukierunkowanej ewolucji molekularnej z wykorzystaniem platformy opartej na drożdżach. Innym sposobem jest dokowanie małych cząsteczek do GPCRs, których struktury są dostępne (structure-guided docking). Nowe związki muszą być w stanie łatwo przenikać do centralnego układu nerwowego, aby umożliwić dokładną ocenę chemicznych aktywatorów w obrębie genu GPCR. Cel może być również doprecyzowany do subdomen, takich jak celowanie aksonalne, celowanie dendrytyczne lub celowanie specyficzne dla kręgosłupa.

Jednakże ostatnie badanie dotyczące mechanizmu działania in vivo CNO na DREADDs wykazało, że receptory są aktywowane przez klozapinę. CNO może szybko przekształcić się w organizmie do klozapiny, która może z łatwością przekroczyć barierę krew-mózg i związać się z DREADDs w mózgu. Wstrzyknięcie klozapiny na poziomie podprogowym może więc wywołać odmienne zachowania mediowane przez DREADDs.

Written by

Dr Liji Thomas

Dr Liji Thomas jest OB-GYN, który ukończył Government Medical College, University of Calicut, Kerala, w 2001 roku. Liji praktykowała jako pełnoetatowy konsultant w dziedzinie położnictwa/ginekologii w prywatnym szpitalu przez kilka lat po ukończeniu studiów. Doradzała setkom pacjentek borykających się z problemami związanymi z ciążą i niepłodnością, a także była odpowiedzialna za ponad 2000 porodów, dążąc zawsze do osiągnięcia normalnego porodu, a nie operacyjnego.

Last updated Feb 6, 2019

Citations

Please use one of the following formats to cite this article in your essay, paper or report:

• APA

  Thomas, Liji. (2019, February 06). Co to są DREADD-y. Wiadomości-Medyczne. Retrieved on March 24, 2021 from https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-DREADDs.aspx.

• MLA

  Thomas, Liji. „Czym są DREADD-y?”. Wiadomości-Medyczne. 24 marca 2021. <https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-DREADDs.aspx>.

• Chicago

  Thomas, Liji. „Czym są DREADD-y?”. News-Medical. https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-DREADDs.aspx. (dostęp 24 marca 2021).

• Harvard

  Thomas, Liji. 2019. What are DREADDs? Wiadomości-Medyczne, przeglądane 24 marca 2021, https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-DREADDs.aspx.

.