History Of Chemogenetics

GPCRs har vært i forkant av kjemogenetiske teknikker, med den første papir skisserte GPCRs som svarer bare til syntetiske ligander publisert i 1998. Disse reseptorene, kalt Reseptorer Aktivert Utelukkende Av En Syntetisk Ligand (RASSL), ble vellykket brukt in vivo for å muliggjøre kontroll av hjerteaktivitet. Imidlertid hindres deres bruk i nevrovitenskap av den farmakologiske aktiviteten til ligandene in vivo, og den endogene, konstitusjonelle aktiviteten til de konstruerte reseptorene i fravær av deres spesifikke ligand.

Mer nylig har Designer Reseptorer Aktivert Av Designer Medisiner (DREADD) blitt utviklet. Den første av disse var muterte humane muskariniske acetylkolinreseptorer aktivert utelukkende av inerte ligander. Flere runder med mutagenese og ligand-screening identifiserte muskarinreseptorer koblet til gq intracellulær signalvei som reagerte På Klozapin N-oksid (Cno, Cat. 4936). Alle tre Gq-koblede DREADDs (hM1Dq, hM3Dq og hM5Dq) aktiverer nevronaktivitet som svar på binding av EN DREADD-ligand. Den samme forskningen identifiserte de hemmende DREADDs, hM2Di og hM4Di, som hemmer nevronaktivitet som svar PÅ DREADD ligandbinding. En hemmende DREADD som heter KORD, er også utviklet fra den κ-opioidreseptoren, som hemmer nevronaktivitet som respons På Salvinorin B (SalB, Cat. 5611).utvalget av kjemogenetiske verktøy tilgjengelig for forskere har nylig blitt utvidet med utviklingen av kimære ionekanaler, betegnet Farmakologisk Selektive Aktuatormoduler (PSAMs), som er selektivt bundet av forbindelser betegnet Farmakologisk Selektive Effektormolekyler (PSEMs).

Kjemogenetikk vs Optogenetikk

Kjemogenetiske eksperimenter krever innføring av genmodifiserte reseptorer eller ionekanaler i bestemte hjerneområder, via virale vektoruttrykkssystemer. In vivo-uttrykk for en kjemogenetisk reseptor kan oppnås ved Bruk Av Et Adeno-assosiert virus (AAV) som koder FOR DREADD ELLER PSAM, som deretter injiseres i hjerneområdet. Celletypen som reseptoren uttrykkes i, kan styres ved hjelp av celletypespesifikke genetiske promotorer. For eksempel vil virale DREADD-konstruksjoner med En CaMKIIa-promotor drive DREADD-uttrykk i nevroner, mens en viral DREADD-konstruksjon med EN GFAP-promotor vil drive DREADD-uttrykk i glia.en lignende teknikk for modulering av nevronaktivitet er optogenetikk, som krever uttrykk for en lysfølsom ionkanal, i stedet for en ligandstyrt ionkanal eller GPCR. I optogenetiske teknikker initieres aktivering eller inhibering av nevronaktivitet ved implantert fiberoptikk, i stedet for små molekyler. Hovedtrekkene til optogenetikk og kjemogenetikk er oppsummert i tabellen nedenfor.

Funksjoner	Kjemogenetikk	Optogenetikk
intervensjonsmetode	inerte, små molekyl ligander selektive for genetisk utviklede reseptorer/ionekanaler	lysfølsomme ionekanaler aktivert av implantert fiberoptikk
Er Intervensjonen ‘Fysiologisk’?	Ja – bruker konserverte, intracellulære signalveier, eller endrer ionkanalkonduktans, for å endre nevronaktivitet	Nei-mønstre av eksitasjon / inhibering er kunstig synkronisert med lysstimuleringsmønster
er intervensjonen inert?	Ja – reseptorer/ionekanaler mangler farmakologisk aktivitet uten ligander og ligander er farmakologisk inerte uten spesifikke konstruerte reseptorer/ionekanaler	Nei-den fiberoptiske lyskilden kan skape varme og bakterielle lysfølsomme kanaler som brukes kan være antigene
er denne metoden invasiv in vivo?Minimalt til no – ligander kan gis ved intracerebral infusjon, intraperitoneal injeksjon eller i drikkevann, avhengig av spesifikk ligand	ja – iboende invasiv på grunn av implantasjon av fiberoptikk
er spesialisert utstyr nødvendig?	Nei	ja – krever implanterbar fiberoptikk som lyskilde

Utvalgte Publikasjoner Som Bruker Tocris DREADD Ligander & PSEMs h3>

badimon Et al (2020) negativ tilbakemeldingskontroll av nevronaktivitet ved microglia. Natur 586, 417. PMID: 32999463

Francois Et al (2017) En Hjernestamme-Ryggmargshemmende Krets for Mekanisk Smertemodulasjon av GABA og Enkephaliner. Neuron 93, 822. PMID: 28162807

Leroy et al (2018) en krets FRA hippocampal CA2 til lateral septum desinfiserer sosial aggresjon. Natur 564, 213. PMID: 30518859

Nam et al (2019) Aktivering Av astrocytisk μ-Opioidreseptor Forårsaker Betinget Stedspreferanse. Cellerepresentant 28, 1154. PMID: 31365861

Pina et al (2020) kappa opioidreseptoren modulerer GABA neuron excitabilitet og synaptisk overføring i midbrain-projeksjoner fra insular cortex. Nevrofarmakologi 165, 107831. PMID: 31870854

Campbell & Marchant (2018) bruk av kjemogenetikk i atferdsnervevitenskap: reseptorvarianter, målrettingsmetoder og advarsler. Br J Pharmacol 175, 994. PMID: 29338070

Coward et al (1998) Kontrollere signalering med en spesielt utformet Gi-koblet reseptor. Proc Natl Acad Sci USA 95, 352. PMID: 9419379

Magnus Et al (2011) Kjemisk og genetisk prosjektering av selektive ligand-ion kanal interaksjoner. Vitenskap 333, 1292. PMID: 21885782

Roth (2016) DREADDs for Nevrologer. Neuron 89, 683. PMID: 26889809

Sternson & Roth (2014) Chemogenetic tools to interrogate brain functions. Annu Rev Neurol 37, 387. PMID: 25002280