Ce sunt DREADD-urile?

De Dr. Liji Thomas, MDRevizuit de Dr. Surat P, Ph.D.

„Receptorii de design activați numai de medicamente de design” (DREADDs) aparțin unei clase de proteine numite proteine chimiogenetice. Aceste proteine proiectate permit oamenilor de știință să controleze activitatea celulelor nervoase la animalele ambulatorii.

Juan Gaertner |

Cum funcționează DREADD-urile?

DREADD-urile permit receptorilor cuplați cu proteina G să răspundă la liganzi sintetici și nu la ligandul lor natural, acetilcolina. Aceștia sunt activați de o moleculă numită clozapină-N-oxid (CNO), care este biologic inert.

Proteinele G sunt molecule importante de semnalizare celulară, iar cercetătorii pot investiga funcția celulară în organismele vii prin modularea acestei semnalizări în timp și spațiu. Cea mai mare utilizare a DREADD-urilor este în neuroștiințe, deoarece CNO poate traversa cu ușurință bariera hemato-encefalică.

Diferite DREADD-uri se cuplează la diferite tipuri de receptori de proteine G, cum ar fi Gi, Gs și Gq. Oricare dintre aceștia poate fi selectat în funcție de calea celulară care trebuie activată sau inactivată.

Aceste proteine sunt utilizate în mod obișnuit pentru a studia căile nervoase, diabetul, tulburările metabolice, boala Parkinson, abuzul de alcool, tulburarea de stres post-traumatic, depresia și pentru a regla comportamentele șoarecilor care reacționează la medicamente și în dependența de droguri.

Care sunt proprietățile DREADD-urilor?

DREADDs sunt receptori muscarinici mutanți care sunt examinați pentru următoarele caracteristici:

• activitate constitutivă scăzută;
• Afinitate ridicată pentru ligand;
• Specificitate ridicată pentru ligandul sintetic.

Cum acționează DREADDs?

DREADD-urile sunt proteine manipulate pentru a reacționa în mod specific cu molecule mici care acționează ca actuatori chimici, dar care nu au fost recunoscute anterior de aceste proteine.

Un vector viral inserează gena care codifică proteina receptorului modificat (mutant) cuplat cu proteina G (GPCR) în celula care urmează să fie studiată. Diverși promotori ajută la selectarea celulelor țintă. Celula infectată are nevoie de două sau trei săptămâni pentru a exprima proteina receptorului modificat, care este activată cu ajutorul CNO.

Tipuri de DREADD

hM3Dq este unul dintre cele mai timpurii DREADD, derivat din receptorul muscarinic uman hM3 prin două mutații punctuale. Este foarte sensibil la CNO, dar insensibil la acetilcolină și are niveluri scăzute de activitate constitutivă.

hM4Di este un DREADD inhibitor utilizat pe scară largă. Altele includ hM2D, receptorii opioizi kappa, DREADD cuplați cu Gs (GsD), care sunt receptori chimeri (care conțin regiuni de receptori de curcan și de șobolan).

DREADD față de optogenetică

DREADD permit cercetătorilor să controleze semnalizarea GPCR mai ușor decât optogenetica. Acestea permit ca întrerupătoarele celulare să fie oprite sau activate prin injectarea de CNO, fără a fi nevoie de rețele de fibre optice. Doar celulele care exprimă vectorul viral vor fi afectate, îmbunătățind rezultatele cercetării.

Rapiditatea oarecum mai lentă cu care se produc reacțiile DREADD ar putea fi un dezavantaj. Cu toate acestea, această metodă utilizează propria cale de semnalizare GPCR a celulelor. Acest lucru este în contrast cu optogenetica, în care deschiderea unor canale artificiale permite fluxul de ioni în celulă atunci când aceasta din urmă este expusă la rafale de lumină. În al doilea rând, rata mai lentă permite studierea proceselor celulare pentru o perioadă mai lungă de timp.

Eliminarea rapidă a CNO este un alt avantaj, deoarece permite controlul în timp al căii și, de asemenea, repetarea aceleiași doze, dacă este necesar.

Care sunt provocările legate de lucrul cu DREADD?

DREADD trebuie să aibă niveluri scăzute de activitate constitutivă, pentru a evita semnalizarea chiar și atunci când nu există legare de ligand. O altă problemă este posibilitatea desensibilizării și a downreglementării receptorilor în timpul utilizării DREADD-urilor, ceea ce ar reduce intensitatea răspunsurilor. Gradul de desensibilizare depinde de rezerva receptorului. Semnalizarea GPCR poate activa mai multe căi efectoare din aval, având ca rezultat fie intensificarea, fie reducerea la tăcere a activității neuronale.

Se creează noi DREADD-uri folosind evoluția moleculară dirijată cu o platformă bazată pe drojdie. O altă modalitate este de a andoca moleculele mici împotriva GPCR-urilor pentru care au structuri disponibile (docking ghidat de structură). Noii compuși trebuie să fie capabili să pătrundă cu ușurință în sistemul nervos central pentru a permite o evaluare precisă a actorilor chimici prin gena GPCR. Ținta ar putea fi, de asemenea, rafinată la subdomenii, cum ar fi țintirea axonală, țintirea dendritică sau țintirea specifică coloanei vertebrale.

Cu toate acestea, un studiu recent privind mecanismul de acțiune in vivo al CNO asupra DREADD a raportat că receptorii sunt activați de clozapină. CNO se poate transforma rapid în organism în clozapină, care poate traversa cu ușurință bariera hemato-encefalică și se poate lega de DREADD-urile din creier. Injectarea de clozapină la niveluri sub prag poate determina astfel comportamente distincte mediate prin intermediul DREADD-urilor.

Scris de

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas este obstetrician-ginecolog, care a absolvit Colegiul Medical Guvernamental, Universitatea din Calicut, Kerala, în 2001. Liji a practicat ca și consultant cu normă întreagă în obstetrică/ginecologie într-un spital privat timp de câțiva ani după absolvire. Ea a consiliat sute de pacienți care se confruntă cu probleme de la probleme legate de sarcină și infertilitate și s-a ocupat de peste 2.000 de nașteri, străduindu-se întotdeauna să obțină o naștere normală, mai degrabă decât una operativă.

Citate

.