Un receptor activado únicamente por un ligando sintético ( RASSL ) o un receptor de diseño activado exclusivamente por fármacos de diseño ( DREADD ), es una clase de receptores de proteínas diseñados artificialmente utilizados en el campo de la quimiogenética que son activados selectivamente por ciertos ligandos . [1] Se utilizan en la investigación biomédica, en particular en neurociencia, para manipular la actividad de las neuronas . [2]
Originalmente diferenciados por el enfoque utilizado para diseñarlos, los RASSL y DREADD se utilizan a menudo de manera intercambiable ahora para representar un sistema de receptor-ligando diseñado. [3] Estos sistemas suelen utilizar receptores acoplados a proteínas G ( GPCR ) diseñados para responder exclusivamente a ligandos sintéticos, como el N-óxido de clozapina (CNO), [4] y no a ligandos endógenos. Existen varios tipos de estos receptores, derivados de los receptores muscarínicos o de opioides κ . [1]
Tipos de RASSL / DREADD
Uno de los primeros DREADD se basó en el receptor muscarínico humano M 3 (hM 3 ). [5] Solo se requirieron dos mutaciones puntuales de hM 3 para lograr un receptor mutante con potencia nanomolar para CNO , insensibilidad a la acetilcolina y baja actividad constitutiva, y este receptor DREADD se denominó hM3Dq. Los receptores muscarínicos M 1 y M 5 se han mutado para crear DREADDs hM1Dq y hM5Dq respectivamente. [5]
El inhibidor DREADD más utilizado es hM4Di, derivado del receptor muscarínico M 4 que se acopla con la proteína G i . [5] Otro receptor muscarínico humano acoplado a G i , M 2 , también se mutó para obtener el receptor DREADD hM2D. [5] Otro inhibidor de G i- DREADD es el receptor de opioides kappa (KOR) DREADD (KORD) que se activa selectivamente por la salvinorina B (SalB). [6]
G s DREADDs -junto También se han desarrollado. Estos receptores también se conocen como G s D y son receptores quiméricos que contienen regiones intracelulares del receptor β-adrenérgico de eritrocitos de pavo sustituido en el M 3 DREADD de rata. [7]
Ligandos RASSL / DREADD
Están disponibles comercialmente un número creciente de ligandos que pueden usarse para activar RASSL / DREADD. [8] [9]
CNO es el activador prototípico de DREADD. CNO activa los DREADD acoplados a Gq excitadores: hM3Dq, hM1Dq y hM5Dq y también los DREADD acoplados a hM4Di y hM2Di G i inhibidores. CNO también activa el G s -junto DREADD (GSD) y la β-arrestina prefiriendo DREADD:. RM3Darr (Rq (R165L) [10]
Hallazgos recientes sugieren que el CNO administrado sistémicamente no atraviesa fácilmente la barrera hematoencefálica in vivo y se convierte en clozapina, que por sí misma activa los DREADD. La clozapina es un antipsicótico atípico que se ha indicado para mostrar alta afinidad y potencia DREADD. Se pueden utilizar inyecciones por debajo del umbral de la propia clozapina para inducir comportamientos preferenciales mediados por DREADD. Por lo tanto, al usar CNO, se debe tener cuidado en el diseño experimental y se deben incorporar los controles adecuados. [11]
El agonista 21 de DREADD, también conocido como Compuesto 21, representa un agonista alternativo para DREADD de base muscarínica y una alternativa a CNO. Se ha informado que el Compuesto 21 tiene una excelente biodisponibilidad, propiedades farmacocinéticas y penetrabilidad cerebral y no sufre un metabolismo inverso a clozapina. [12] Otro agonizante conocido es la perlapina , un fármaco hipnótico aprobado para tratar el insomnio en Japón. Actúa como un activador de los DREADD de G q -, G i - y G s que tiene similitud estructural con CNO. [13] Un agonista más reciente de hM3Dq y hM4Di es la descloroclozapina (DCZ). [14]
Por otro lado, SalB B es un activador potente y selectivo de KORD. [15]
JHU37160 y JHU37152 se han comercializado como ligandos DREADD novedosos, activos in vivo , con alta potencia y afinidad por los DREADD de hM3Dq y hM4Di. [ cita requerida ]
También se han desarrollado comercialmente sales de dihidrocloruro de ligandos DREADD que son solubles en agua (pero con diferentes estabilidades en solución) (ver [16] [17] para la estabilidad acuosa).
Mecanismo
Los RASSL y DREADD son familias de receptores acoplados a proteína G de diseño (GPCR) construidos específicamente para permitir un control espacio-temporal preciso de la señalización de GPCR in vivo . Estos GPCR modificados genéticamente, llamados RASSL (receptores activados únicamente por ligandos sintéticos), no responden a los ligandos endógenos, pero pueden activarse mediante concentraciones nanomolares de pequeñas moléculas farmacológicamente inertes, similares a fármacos. Actualmente, existen RASSL para el interrogatorio de varias vías de señalización de GPCR, incluidas las activadas por Gs, Gi, Gq, Golf y β-arrestina. [18] Una de las principales causas del éxito de los recursos RASSL ha sido el intercambio abierto de construcciones de ADN y recursos relacionados con RASSL.
Los efectos inhibidores de hM4Di-DREADD son el resultado de la estimulación del CNO y la activación resultante de los canales de potasio rectificadores internos de la proteína G (GIRK). Esto provoca la hiperpolarización de la célula neuronal diana y, por tanto, atenúa la actividad posterior. [19]
Usos
Esta técnica quimiogenética se puede utilizar para la manipulación remota de células, en particular células excitables como neuronas, tanto in vitro como in vivo con la administración de ligandos específicos. [2] Técnicas similares en este campo incluyen termogenética y optogenética , el control de neuronas con temperatura o luz, respectivamente. [2]
La expresión viral de proteínas DREADD, tanto potenciadores in vivo como inhibidores de la función neuronal, se ha utilizado para controlar bidireccionalmente comportamientos en ratones (por ejemplo, discriminación de olores). [20] Debido a su capacidad para modular la actividad neuronal, los DREADD se utilizan como una herramienta para evaluar tanto las vías neuronales como los comportamientos asociados con las señales de drogas y la adicción a las drogas. [21]
Historia
Strader y sus colegas diseñaron el primer GPCR que sólo podía activarse mediante un compuesto sintético [22] y ha ido ganando impulso gradualmente. La primera reunión internacional de RASSL se programó para el 6 de abril de 2006. Mueller et al. Ilustraron un ejemplo sencillo del uso de un sistema RASSL en genética del comportamiento. (2005) donde demostraron que la expresión de un receptor RASSL en las células de sabor dulce de la lengua de ratón conducía a una fuerte preferencia por el consumo oral del ligando sintético, mientras que la expresión de RASSL en las células de sabor amargo provocaba una aversión al gusto dramática por el mismo compuesto. [23]
Los efectos atenuantes del hM4Di-DREADD se exploraron originalmente en 2007, antes de confirmarse en 2014. [19]
Referencias
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Otras lecturas
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