Receptor aktivovaný pouze syntetickým ligandem - Receptor activated solely by a synthetic ligand
A receptor aktivovaný pouze syntetickým ligandem (RASSL) nebo značkový receptor aktivovaný výhradně značkovými léky (DREADD), je třída chemogeneticky -inženýrské proteiny, které umožňují prostorovou a časovou kontrolu G protein signalizace in vivo.[1] Původně se odlišovaly přístupem použitým k jejich inženýrství, nyní se RASSL a DREADD často používají zaměnitelně, aby představovaly vytvořený systém receptor-ligand G-proteinu.[2] Tyto systémy využívají receptory spojené s G proteinem (GPCR ) navržen tak, aby reagoval výhradně na syntetické ligandy, jako klozapin-N-oxid (CNO),[3] a ne k jejich přirozeným ligandům.
Typy RASSL / DREADD
Jeden z prvních DREADDů byl založen na člověku M3 muskarinový receptor (hM3).[4] Pouze dvě bodové mutace hM3 byly potřebné k dosažení mutantního receptoru s nanomolární účinností pro CNO, necitlivostí na acetylcholin (ACh) a nízkou konstitutivní aktivitou a tento DREADD receptor byl pojmenován hM3Dq. M1 a M.5 muskarinové receptory byly mutovány, aby vytvořily DREADD hM1Dq a hM5Dq.[4]
Nejčastěji používaným inhibičním DREADD je hM4Di, odvozený od M.4 muskarinový receptor, který se páruje s Gi protein.[4] Další Gi spojený lidský muskarinový receptor, M2, byl také mutován za získání DREADD receptoru hM2D.[4] Další inhibiční Gi-DREADD je kappa-opioidní receptor (KOR) DREADD (KORD), který je selektivně aktivován salvinorinem B (SALB).[5]
Gsbyly také vyvinuty spojené DREADD. Tyto receptory jsou také známé jako G.sD a jsou to chimérické receptory obsahující intracelulární oblasti krůtího erytrocytu β-adrenergní receptor substituovaný do krysy M3 DREADD.[6]
Ligandy RASSL / DREADD
Rostoucí počet ligandů, které lze použít k aktivaci RASSL / DREADD, jsou komerčně dostupné.[7][8]
Clozapin N-oxid (CNO) je prototypem aktivátoru DREADD. CNO aktivuje excitační Gq spojené s DREADD: hM3Dq, hM1Dq a hM5Dq a také inhibiční hM4Di a hM2Di Gi- spojené DREADDs. CNO také aktivuje Gs-připojený DREADD (GsD) a β-arestin preferující DREADD: rM3Darr (Rq (R165L).[9]
Nedávné nálezy naznačují, že systémově podávaný CNO neprochází snadno hematoencefalickou bariérou in vivo a konvertuje na klozapin který sám aktivuje DREADD. Clozapin je atypické antipsychotikum což bylo indikováno k prokázání vysoké DREADD afinity a potence. K vyvolání preferenčního chování zprostředkovaného DREADD lze použít podprahové injekce samotného klozapinu. Proto při použití CNO je třeba věnovat pozornost experimentálnímu designu a měly by být začleněny správné ovládací prvky.[10]
DREADD agonista 21 (AKA sloučenina 21) představuje alternativní agonistu pro muskarinové DREADD a alternativu k CNO. Bylo hlášeno, že agonista DREADD 21 (sloučenina 21) má vynikající biologickou dostupnost, farmakokinetické vlastnosti a penetraci mozku a nepodléhá zpětnému metabolismu na klozapin.[11]
Perlapine, lék již schválený pro léčbu nespavosti v Japonsku, je aktivátorem G.q-, Gi- a G.s DREADD, která má strukturální podobnost s CNO.[12]
Salvinorin B je mozek pronikající, silný a selektivní aktivátor κ-opioidu DREADD (KORD).[13]
JHU37160 a JHU37152 byly komerčně prodávány jako nové ligandy DREADD, aktivní in vivo, s vysokou účinností a afinitou k hM3Dq a hM4Di DREADD.
Diihydrochloridové soli ligandů DREADDs, které jsou rozpustné ve vodě (ale s rozdílnou stabilitou v roztoku), byly také komerčně vyvinuty (viz [14][15] pro stabilitu ve vodě).
Mechanismus
RASSL a DREADD jsou rodiny návrhářů Receptory spojené s G-proteinem (GPCR) vytvořené speciálně pro umožnění přesné časoprostorové kontroly signalizace GPCR in vivo. Tyto upravené GPCR, nazývané RASSL (receptory aktivované pouze syntetickými ligandy), nereagují na endogenní ligandy ale lze je aktivovat nanomolárními koncentracemi farmakologicky inertních malých látek podobných léku. V současné době existují RASSL pro dotazování několika signálních drah GPCR, včetně těch aktivovaných Gs, Gi, Gq, Golf a β-arestin.[16] Hlavní příčinou úspěchu zdrojů RASSL byla otevřená výměna konstruktů DNA a zdrojů souvisejících s RASSL.
Inhibiční účinky hM4Di-DREADD jsou výsledkem stimulace CNO a výsledné aktivace kanálů G-proteinu pro vnitřní úpravu draslíku (GIRK). To způsobuje hyperpolarizaci cílených neuronových buněk a tím oslabuje následnou aktivitu.[17]
Použití
GPCR jsou cílem některých z nejpoužívanějších farmaceutik k léčbě nemocí, které postihují prakticky všechny[vágní ] tkáně těla. Virová exprese proteinů DREADD, jak in-vivo zesilovačů, tak inhibitorů neuronální funkce, byla použita k obousměrné kontrole chování u myší (např. Rozlišování zápachu).[18] Vzhledem ke své schopnosti modulovat neuronální aktivitu se DREADD používají jako nástroj k hodnocení jak neuronových drah, tak chování souvisejících s podněty k drogám a drogovou závislostí.[19]
Dějiny
Strader a kolegové navrhli první GPCR, který mohl být aktivován pouze syntetickou sloučeninou[20] a postupně nabral na obrátkách. První mezinárodní setkání RASSL bylo naplánováno na 6. dubna 2006. Jednoduchý příklad použití systému RASSL v behaviorální genetice ilustrovali Mueller et al. (2005), kde ukázali, že exprese RASSL receptoru v buňkách sladké chuti myšího jazyka vedla k silné preferenci pro orální konzumaci syntetického ligandu, zatímco exprese RASSL v buňkách hořké chuti způsobila dramatickou averzi chuti pro stejnou sloučeninu.[21]
Oslabující účinky hM4Di-DREADD byly původně prozkoumány v roce 2007, poté byly potvrzeny v roce 2014.[17]
Reference
- ^ Roth BL (únor 2016). „DREADDs for Neuroscientists“. Neuron. 89 (4): 683–94. doi:10.1016 / j.neuron.2016.01.040. PMC 4759656. PMID 26889809.
- ^ Conklin BR, Hsiao EC, Claeysen S, Dumuis A, Srinivasan S, Forsayeth JR, Guettier JM, Chang WC, Pei Y, McCarthy KD, Nissenson RA, Wess J, Bockaert J, Roth BL (srpen 2008). „Inženýrské signální dráhy GPCR s RASSL“. Přírodní metody. 5 (8): 673–8. doi:10.1038 / nmeth.1232. PMC 2703467. PMID 18668035.
- ^ Armbruster BN, Li X, Pausch MH, Herlitze S, Roth BL (březen 2007). „Vyvinutí zámku, aby se vešel do klíče, aby se vytvořila rodina receptorů spřažených s G proteinem, které jsou účinně aktivovány inertním ligandem“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 104 (12): 5163–8. Bibcode:2007PNAS..104,5163A. doi:10.1073 / pnas.0700293104. PMC 1829280. PMID 17360345.
- ^ A b C d Armbruster, Blaine N .; Li, Xiang; Pausch, Mark H .; Herlitze, Stefan; Roth, Bryan L. (2007-03-20). „Vyvinutí zámku, aby se vešel do klíče, aby se vytvořila rodina receptorů spřažených s G proteinem, které jsou účinně aktivovány inertním ligandem“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 104 (12): 5163–5168. Bibcode:2007PNAS..104,5163A. doi:10.1073 / pnas.0700293104. ISSN 0027-8424. PMC 1829280. PMID 17360345.
- ^ Vardy, Eyal; Robinson, J. Elliott; Li, Chia; Olsen, Reid H. J .; DiBerto, Jeffrey F .; Giguere, Patrick M .; Sassano, Flori M .; Huang, Xi-Ping; Zhu, Hu (2015-05-20). „Nový DREADD usnadňuje multiplexované chemogenetické vyšetřování chování“. Neuron. 86 (4): 936–946. doi:10.1016 / j.neuron.2015.03.065. ISSN 1097-4199. PMC 4441592. PMID 25937170.
- ^ Conklin, Bruce R .; Hsiao, Edward C .; Claeysen, Sylvie; Dumuis, Aline; Srinivasan, Supriya; Forsayeth, John R .; Guettier, Jean-Marc; Chang, W. C .; Pei, Ying (srpen 2008). „Inženýrské signální dráhy GPCR s RASSL“. Přírodní metody. 5 (8): 673–678. doi:10.1038 / nmeth.1232. ISSN 1548-7105. PMC 2703467. PMID 18668035.
- ^ „DREADD ligandy (CNO / SalB) pro neurovědecký výzkum“. HelloBio.com. Citováno 2018-12-05.
- ^ "DREADD Ligands". Tocris Bioscience. Citováno 2018-12-05.
- ^ Wess, Jürgen; Nakajima, Kenichiro; Jain, Shalini (červenec 2013). "Nové designové receptory pro testování signalizace a fyziologie GPCR". Trendy ve farmakologických vědách. 34 (7): 385–392. doi:10.1016 / j.tips.2013.04.006. ISSN 1873-3735. PMC 3758874. PMID 23769625.
- ^ Gomez, Juan L .; Bonaventura, Jordi; Lesniak, Wojciech; Mathews, William B .; Sysa-Shah, Polina; Rodriguez, Lionel A .; Ellis, Randall J .; Richie, Christopher T .; Harvey, Brandon K. (4. srpna 2017). „Chemogenetika odhalena: DREADD obsazení a aktivace pomocí konvertovaného klozapinu“. Věda. 357 (6350): 503–507. Bibcode:2017Sci ... 357..503G. doi:10.1126 / science.aan2475. ISSN 1095-9203. PMID 28774929.
- ^ Thompson, Karen J .; Khajehali, Elham; Bradley, Sophie J .; Navarrete, Jovana S .; Huang, Xi Ping; Slocum, Samuel; Jin, Jian; Liu, Jing; Xiong, Yan (2018-09-14). „DREADD Agonist 21 je účinný agonista pro DREADD na bázi muskarinů in vitro a in vivo“. ACS Pharmalogy & Translational Science. 1 (1): 61–72. doi:10.1021 / acsptsci.8b00012. PMC 6407913.
- ^ Chen, Xin; Choo, Hyunah; Huang, Xi-Ping; Yang, Xiaobao; Kámen, Orrin; Roth, Bryan L .; Jin, Jian (2015-03-18). „První studie vztahů mezi strukturou a aktivitou pro návrhářské receptory aktivované výhradně návrhovými léky“. ACS Chemical Neuroscience. 6 (3): 476–484. doi:10.1021 / cn500325v. ISSN 1948-7193. PMC 4368042. PMID 25587888.
- ^ Marchant, Nathan J .; Whitaker, Leslie R .; Bossert, Jennifer M .; Harvey, Brandon K .; Hope, Bruce T .; Kaganovský, Konstantin; Adhikary, Sweta; Prisinzano, Thomas E .; Vardy, Eyal (leden 2016). „Behaviorální a fyziologické účinky nového DREADD na bázi kappa-opioidních receptorů u potkanů“. Neuropsychofarmakologie. 41 (2): 402–409. doi:10.1038 / npp.2015.149. ISSN 1740-634X. PMC 5130116. PMID 26019014.
- ^ „Stabilita ve vodě rozpustných ligandů DREADD v roztoku - technická recenze“. HelloBio.com. Citováno 2018-12-05.
- ^ „Stabilita a skladování freezase klozapin-N-oxidu (CNO)“. HelloBio.com. Citováno 2018-12-05.
- ^ Urban DJ, Roth BL (06.01.2015). "DREADDs (značkové receptory aktivované výhradně značkovými léky): chemogenetické nástroje s terapeutickým využitím". Roční přehled farmakologie a toxikologie. 55 (1): 399–417. doi:10.1146 / annurev-pharmtox-010814-124803. PMID 25292433.
- ^ A b Zhu H, Roth BL (květen 2014). „Ztlumení synapsí pomocí DREADD“. Neuron. 82 (4): 723–5. doi:10.1016 / j.neuron.2014.05.002. PMC 4109642. PMID 24853931.
- ^ Smith RS, Hu R, DeSouza A, Eberly CL, Krahe K, Chan W, Araneda RC (červenec 2015). „Diferenciální muskarinová modulace v čichové žárovce“. The Journal of Neuroscience. 35 (30): 10773–85. doi:10.1523 / JNEUROSCI.0099-15.2015. PMC 4518052. PMID 26224860.
- ^ Ferguson SM, Eskenazi D, Ishikawa M, Wanat MJ, Phillips PE, Dong Y, Roth BL, Neumaier JF (leden 2011). „Přechodná neuronální inhibice odhaluje protichůdné role nepřímých a přímých cest při senzibilizaci“. Přírodní neurovědy. 14 (1): 22–4. doi:10.1038 / č. 2703. PMC 3058296. PMID 21131952.
- ^ Coward P, Wada HG, Falk MS, Chan SD, Meng F, Akil H, Conklin BR (leden 1998). „Řízení signalizace pomocí speciálně navrženého receptoru spojeného s Gi“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 95 (1): 352–7. Bibcode:1998PNAS ... 95..352C. doi:10.1073 / pnas.95.1.352. JSTOR 44466. PMC 18222. PMID 9419379.
- ^ Mueller KL, Hoon MA, Erlenbach I, Chandrashekar J, Zuker CS, Ryba NJ (březen 2005). "Receptory a kódovací logika hořké chuti". Příroda. 434 (7030): 225–9. Bibcode:2005 Natur.434..225M. doi:10.1038 / nature03352. PMID 15759003.
Další čtení
- Conklin BR, Hsiao EC, Claeysen S, Dumuis A, Srinivasan S, Forsayeth JR, et al. (Srpen 2008). „Inženýrské signální dráhy GPCR s RASSL“. Přírodní metody. 5 (8): 673–8. doi:10.1038 / nmeth.1232. PMC 2703467. PMID 18668035.