A Kemogenetika története
a Gpcr-ek a kemogenetikai technikák élvonalában voltak, az első, 1998-ban megjelent cikk, amely csak a szintetikus ligandumokra reagáló Gpcr-eket vázolja fel. Ezeket a receptorokat, amelyeket kizárólag szintetikus ligandum (Rassl) aktivált receptoroknak neveznek, in vivo sikeresen alkalmazták a szívműködés szabályozására. Az idegtudományban való felhasználásukat azonban akadályozza a ligandumok in vivo farmakológiai aktivitása, valamint a módosított receptorok endogén, konstitutív aktivitása specifikus ligandumuk hiányában.
újabban a Designer Drugs (DREADD) által aktivált Designer receptorokat fejlesztették ki. Ezek közül az első mutált humán muszkarin acetilkolin receptorok voltak, amelyeket kizárólag inert ligandumok aktiváltak. A mutagenezis és a ligandum szűrés több fordulója azonosította a GQ intracelluláris jelátviteli útvonalához kapcsolt muszkarin receptorokat, amelyek reagáltak a klozapin N-oxidra (CNO, Cat. 4936). Mindhárom gq csatolt Dreadd (hM1Dq, hM3Dq és hM5Dq) aktiválja a neuronális aktivitást a DREADD ligandum kötésére reagálva. Ugyanez a kutatás azonosította a gátló DREADDs-t, a hM2Di – t és a hM4Di-t, amelyek gátolják a neuronális aktivitást a DREADD ligandumkötésre adott válaszként. A Kord nevű gátló DREADD-t szintén kifejlesztették a 6-opioid receptor, amely gátolja a neuronális aktivitást a Salvinorin B-re adott válaszként (SalB, Cat. 5611).
a kutatók számára elérhető kemogenetikai eszközök köre a közelmúltban kibővült a kiméra ioncsatornák kifejlesztésével, amelyeket farmakológiailag szelektív működtető moduloknak (PSAM) neveznek, amelyeket szelektíven kötnek a farmakológiailag szelektív effektor molekuláknak (psem) nevezett vegyületek.
Kemogenetika vs optogenetika
a Kemogenetikai kísérletek géntechnológiával módosított receptorok vagy ioncsatornák bevezetését igénylik meghatározott agyterületekre, vírusvektor expressziós rendszereken keresztül. A kemogenetikai receptor In vivo expressziója a DREADD-t vagy a PSAM-ot kódoló Adeno-asszociált vírus (Aav) alkalmazásával érhető el, amelyet ezután az agyrégióba injektálnak. Az a sejttípus, amelyben a receptor expresszálódik, sejttípus-specifikus genetikai promotorok segítségével szabályozható. Például a camkiia promotorral ellátott vírusos raszta konstrukciók a raszta expresszióját hajtják végre az idegsejtekben, míg a GFAP promóterrel rendelkező vírusos raszta konstrukció a raszta expresszióját hajtja glia-ban.
az idegsejtek aktivitásának modulálásához hasonló technika az optogenetika, amely egy fényérzékeny ioncsatorna expresszióját igényli, nem pedig ligandumhoz kötött ioncsatorna vagy GPCR. Az optogenetikai technikákban a neuronális aktivitás aktiválását vagy gátlását a beültetett száloptika indítja el, nem pedig kis molekulák. Az optogenetika és a kemogenetika főbb jellemzőit az alábbi táblázat foglalja össze.
| jellemzők | Kemogenetika | optogenetika |
|---|---|---|
| beavatkozási módszer | inert, kis molekulájú ligandumok szelektív géntechnológiával módosított receptorok/ioncsatornák számára | fényérzékeny ioncsatornák beültetett száloptikával aktiválva |
| a beavatkozás ‘fiziológiai’? | Igen-konzervált, intracelluláris jelátviteli utakat használ, vagy megváltoztatja az ioncsatorna vezetőképességét, hogy megváltoztassa az idegsejtek aktivitását | a gerjesztés/gátlás nem mintáit mesterségesen szinkronizálja a fénystimulációs minta |
| a beavatkozás inert? | igen-a receptorok / ioncsatornák nem rendelkeznek farmakológiai aktivitással ligandumok nélkül, és a ligandumok farmakológiailag inertekspecifikus módosított receptorok / ioncsatornák nélkül | nem-a száloptikai fényforrás hőt hozhat létre, és a használt bakteriális fényérzékeny csatornák antigének lehetnek |
| invazív-e ez a módszer in vivo? | minimálisan a no-ligandumokhoz adható intracerebrális infúzióval, intraperitoneális injekcióval vagy ivóvízben, specifikus ligandumtól függően | Igen-eredendően invazív A száloptika beültetése miatt |
| speciális berendezésekre van szükség? | nem | Igen – beültethető száloptikát igényel fényforrásként |
kiemelt kiadványok a Tocris DREADD ligandumok használatával & PSEMs
badimon et al (2020) az idegsejtek aktivitásának negatív visszacsatolása mikroglia által. Természet 586, 417. PMID: 32999463
Francois et al (2017) egy agytörzs-gerincvelő gátló áramkör mechanikai fájdalom moduláció GABA és enkefalinok. Neuron 93, 822. PMID: 28162807
Leroy et al (2018) a hippokampusz CA2-től az oldalsó septumig terjedő áramkör gátolja a társadalmi agressziót. Természet 564, 213. PMID: 30518859
Nam et al (2019) aktiválása Asztrocitikus (opioid) receptor kondicionált Helypreferenciát okoz. 28-As Szám, 1154. PMID: 31365861
Pina et al (2020) a kappa opioid receptor modulálja a GABA neuron excitabilitását és a szinaptikus transzmissziót a középső agyban-az insularis cortex vetületei. Neurofarmakológia 165, 107831. PMID: 31870854
Campbell & Marchant (2018) a kemogenetika használata a viselkedési idegtudományban: receptor variánsok, célzási megközelítések és figyelmeztetések. Br J Pharmacol 175, 994. PMID: 29338070
Coward et al (1998) a jelátvitel vezérlése egy speciálisan tervezett Gi-kapcsolt receptorral. Amerikai Tudományos Akadémia 95, 352. Pmid: 9419379
Magnus et al (2011) szelektív ligandum-ioncsatorna kölcsönhatások kémiai és genetikai tervezése. Tudomány 333, 1292. PMID: 21885782
Roth (2016) DREADDs idegtudósok számára. Neuron 89, 683. PMID: 26889809
Sternson & Roth (2014) Chemogenetic tools to interrogate brain functions. Annu Rev Neurol 37, 387. PMID: 25002280
