Receptor aktiverad enbart av en syntetisk ligand

En receptor aktiverad enbart av en syntetisk ligand ( RASL ) eller designerreceptor som uteslutande aktiveras av designerdroger ( DREADD ), är en klass av artificiellt framställda proteinreceptorer som används inom kemogenetikområdet och som aktiveras selektivt av vissa ligander . De används i biomedicinsk forskning, särskilt inom neurovetenskap för att manipulera neuronernas aktivitet .

Ursprungligen differentierade av det tillvägagångssätt som användes för att konstruera dem, används RASSLs och DREADDs ofta omväxlande nu för att representera ett konstruerat receptor-ligandsystem. Dessa system använder vanligtvis G-proteinkopplade receptorer ( GPCR ) konstruerade för att uteslutande svara på syntetiska ligander, som klozapin N-oxid (CNO), och inte på endogena ligander. Det finns flera typer av dessa receptorer, härledda från muskarin- eller K-opioidreceptorer .

Typer av RASL/DREADD

_erna var baserad på den humana M3 _- muskarinreceptorn (hM3) . Endast två punktmutationer av hM3 _krävdes för att uppnå en mutant receptor med nanomolär styrka för CNO , okänslighet för acetylkolin och låg konstitutiv aktivitet och denna DREADD-receptor fick namnet hM3Dq. M ₁ och M ₅ muskarina receptorer har muterats för att skapa DREADDs hM1Dq respektive hM5Dq.

Den mest använda hämmande DREADD är hM4Di, härledd från M ₄ -muskarinreceptorn som kopplar ihop med Gi _- proteinet . En annan Gi- _kopplad human muskarinreceptor, M2, _muterades också för att erhålla DREADD-receptorn hM2D. En annan hämmande Gi- _DREADD är kappa-opioid-receptorn (KOR) DREADD (KORD) som aktiveras selektivt av salvinorin B (SalB).

G _s -kopplade DREADDs har också utvecklats. Dessa receptorer är också kända som GsD _och är chimära receptorer som innehåller intracellulära regioner av kalkonerytrocyt- β-adrenerga receptorn substituerad med råttan M3 _DREADD .

RASSL / DREADD ligander

Ett växande antal ligander som kan användas för att aktivera RASSLs / DREADDs är kommersiellt tillgängliga.

CNO är den prototypiska DREADD-aktivatorn. CNO aktiverar de excitatoriska Gq-kopplade DREADDarna: hM3Dq, hM1Dq och hM5Dq och även de hM4Di- och hM2Di Gi- _kopplade DREADD:arna. CNO aktiverar också den G _s -kopplade DREADD (GsD) och β-arrestin som föredrar DREADD: rM3Darr (Rq(R165L).

Nya fynd tyder på att systemiskt administrerad CNO inte lätt passerar blod-hjärnbarriären in vivo och omvandlas till klozapin som i sig aktiverar DREADDs. Klozapin är ett atypiskt antipsykotiskt medel som har indikerats visa hög DREADD-affinitet och potens. Subtröskelinjektioner av klozapin i sig kan användas för att inducera preferentiella DREADD-medierade beteenden. Därför måste försiktighet vidtas vid användning av CNO vid experimentell design och lämpliga kontroller bör införlivas.

DREADD agonist 21, även känd som förening 21, representerar en alternativ agonist för muskarinbaserade DREADDs och ett alternativ till CNO. Det har rapporterats att förening 21 har utmärkt biotillgänglighet, farmakokinetiska egenskaper och hjärnpenetrerbarhet och inte genomgår omvänd metabolism till klozapin. En annan känd agonist är perlapin , ett hypnotiskt läkemedel som är godkänt för behandling av sömnlöshet i Japan. Det fungerar som en aktivator av G _q -, Gi _- och G _s DREADDs som har strukturell likhet med CNO. En nyare agonist av hM3Dq och hM4Di är deskloroklozapin (DCZ).

Å andra sidan är SalB B en potent och selektiv aktivator av KORD.

JHU37160 och JHU37152 har marknadsförts kommersiellt som nya DREADD-ligander, aktiva in vivo , med hög potens och affinitet för hM3Dq och hM4Di DREADD. ^{[ citat behövs ]}

Dihydrokloridsalter av DREADDs-ligander som är vattenlösliga (men med olika stabiliteter i lösning) har också utvecklats kommersiellt (se för vattenhaltig stabilitet).

Mekanism

RASSLs och DREADDs är familjer av designer G-protein-kopplade receptorer (GPCRs) byggda specifikt för att möjliggöra exakt spatiotemporal kontroll av GPCR-signalering in vivo . Dessa konstruerade GPCR, kallade RASSLs (receptorer aktiverade enbart av syntetiska ligander), svarar inte på endogena ligander men kan aktiveras av nanomolära koncentrationer av farmakologiskt inerta, läkemedelsliknande små molekyler. För närvarande finns RASSLs för förfrågning av flera GPCR-signalvägar, inklusive de som aktiveras av Gs, Gi, Gq, Golf och β-arrestin. En viktig orsak till framgång för RASSL-resurser har varit öppet utbyte av DNA-konstruktioner och RASSL-relaterade resurser.

HM4Di-DREADD:s hämmande effekter är ett resultat av CNO:s stimulering och resulterande aktivering av G-proteinets inåtriktande kaliumkanaler (GIRK). Detta orsakar hyperpolarisering av den riktade neuronala cellen och dämpar sålunda efterföljande aktivitet.

Används

Denna kemogenetiska teknik kan användas för fjärrmanipulation av celler, i synnerhet exciterbara celler som neuroner, både in vitro och in vivo med administrering av specifika ligander. Liknande tekniker inom detta område inkluderar termogenetik och optogenetik , kontroll av neuroner med temperatur respektive ljus.

Viralt uttryck av DREADD-proteiner, både in vivo-förstärkare och hämmare av neuronal funktion, har använts för att dubbelriktat kontrollera beteenden hos möss (t.ex. luktdiskriminering). På grund av deras förmåga att modulera neuronal aktivitet används DREADDs som ett verktyg för att utvärdera både neuronala vägar och beteenden som är förknippade med drogsignaler och drogberoende.

Historia

Strader och kollegor designade den första GPCR som endast kunde aktiveras av en syntetisk förening och som gradvis har tagit fart. Det första internationella RASSL-mötet var planerat till den 6 april 2006. Ett enkelt exempel på användningen av ett RASSL-system i beteendegenetik illustrerades av Mueller et al. (2005) där de visade att uttryck av en RASSL-receptor i söta smakceller på musens tunga ledde till en stark preferens för oral konsumtion av den syntetiska liganden, medan uttryck av RASSL i bitter smakceller orsakade dramatisk smakaversion för samma förening.

De dämpande effekterna av hM4Di-DREADD undersöktes ursprungligen 2007, innan de bekräftades 2014.

Vidare läsning

Conklin BR, Hsiao EC, Claeysen S, Dumuis A, Srinivasan S, Forsayeth JR, et al. (augusti 2008). "Enginering av GPCR-signalvägar med RASSLs" . Naturmetoder . 5 (8): 673–8. doi : 10.1038/nmeth.1232 . PMC 2703467 . PMID 18668035 .