O que são DREADDs?

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

“Designer Receptors Activated Only by Designer Drugs” (DREADDs) pertencem a uma classe de proteínas chamada proteínas quimiogenéticas. Estas proteínas artificiais permitem aos cientistas controlar a actividade das células nervosas em animais ambulatórios.

Juan Gaertner |

Como funcionam os DREADD?

DREADD permitem que os receptores acoplados à proteína G respondam aos ligandos sintéticos e não ao seu ligante natural, a acetilcolina. Eles são ativados por uma molécula chamada clozapina-N-óxido (CNO) que é biologicamente inerte.

G-proteínas são moléculas importantes de sinalização celular, e os pesquisadores podem investigar a função celular em organismos vivos, modulando essa sinalização no tempo e no espaço. O maior uso de DREADDs é em neurociência porque a CNO pode facilmente atravessar a barreira hematoencefálica.

Vários DREADDs acoplam-se a diferentes tipos de receptores de proteína G, tais como Gi, Gs, e Gq. Qualquer um destes pode ser selecionado dependendo da via celular a ser ativada ou inativada.

Estas proteínas são tipicamente usadas para estudar vias nervosas, diabetes, distúrbios metabólicos, doença de Parkinson, abuso de álcool, distúrbio de estresse pós-traumático, depressão e para regular comportamentos em camundongos reagindo a drogas e em dependência de drogas.

Quais são as propriedades dos DREADDs?

DREADDs são receptores muscarínicos mutantes que são testados para as seguintes características:

• Baixa atividade constitutiva;
• Alta afinidade ligante;
• Alta especificidade ao ligante sintético.

Como os DREADDs agem?

DREADDs são proteínas manipuladas para reagir especificamente com pequenas moléculas que atuam como atuadores químicos, mas que não foram previamente reconhecidas por estas proteínas.

Um vetor viral insere o gene que codifica a proteína receptora (mutante) acoplada à proteína G (GPCR) na célula a ser estudada. Vários promotores ajudam a selecionar as células alvo. A célula infectada leva duas ou três semanas para expressar a proteína receptora projetada que é ativada usando a CNO.

Tipos de DREADD

hM3Dq é um dos primeiros DREADD, derivado do receptor muscarínico humano hM3 por mutações de dois pontos. É muito sensível à CNO, mas insensível à acetilcolina e tem baixos níveis de atividade constitutiva.

hM4Di é um DREADD inibitório amplamente utilizado. Outros incluem o hM2D, receptores opioides kappa, DREADDs acoplados a Gs (GsD), que são receptores quiméricos (contendo regiões receptoras de perus e ratos).

DREADDs versus optogenéticos

DREADDs permitem aos pesquisadores controlar a sinalização GPCR mais prontamente do que os optogenéticos. Eles permitem que interruptores celulares sejam desligados ou ligados usando a injeção de CNO, sem a necessidade de matrizes de fibra ótica. Somente células que expressam o vetor viral serão afetadas, melhorando os resultados da pesquisa.

O ritmo um pouco mais lento em que as reações DREADD ocorrem pode ser uma desvantagem. Entretanto, este método usa o próprio caminho de sinalização GPCR das células. Isto contrasta com a optogenética, na qual a abertura de canais artificiais permite o fluxo de íons para a célula quando esta última é exposta a rajadas de luz. Em segundo lugar, a taxa mais lenta permite que os processos celulares sejam estudados por um período maior.

A rápida liberação do CNO é outra vantagem, pois permite o controle do tempo sobre o caminho e também a repetição da mesma dose se necessário.

Quais são os desafios de trabalhar com DREADDs?

DREADDs devem ter baixos níveis de atividade constitutiva, para evitar a sinalização mesmo quando não há ligação de ligantes. Outro problema é a possibilidade de dessensibilização e desregulação dos receptores durante a utilização de DREADDs, o que reduziria a força das respostas. O grau de dessensibilização depende da reserva receptora. A sinalização GPCR pode ativar mais de uma via de efeito a jusante, resultando no aumento ou silenciamento da atividade neural.

Novos DREADDs estão sendo criados usando a evolução molecular direcionada com uma plataforma baseada em levedura. Outra maneira é atracar pequenas moléculas contra GPCRs para as quais eles têm estruturas disponíveis (atracagem guiada por estrutura). Novos compostos devem ser capazes de penetrar facilmente no sistema nervoso central para permitir uma avaliação precisa dos atuadores químicos através do gene GPCR. O alvo também poderia ser refinado para sub-domínios como alvo axonal, alvo dendrítico ou alvo específico de spine-specific targeting.

No entanto, um estudo recente sobre o mecanismo de ação in vivo da CNO nos DREADDs relatou que os receptores são ativados pela clozapina. A CNO pode converter rapidamente no corpo para clozapina, que pode atravessar a barreira hemato-encefálica com facilidade e ligar-se aos DREADDs no cérebro. A injeção de clozapina em níveis de sublimiar pode, assim, trazer os comportamentos distintos mediados pelos DREADDs.

Escrito por

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas é um OB-GYN, que se formou no Government Medical College, University of Calicut, Kerala, em 2001. Liji praticou como consultor em tempo integral em obstetrícia/ginecologia em um hospital particular por alguns anos após sua formatura. Ela já aconselhou centenas de pacientes que enfrentam problemas relacionados à gravidez e infertilidade, e foi responsável por mais de 2.000 partos, esforçando-se sempre para atingir um parto normal, em vez de operatório.

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