188完整比分直播病毒载体101:化学遗传学

为了理解大脑的复杂线路和神经疾病的基础，神经科学家需要能够在不破坏正常大脑功能的情况下探测细胞和神经回路。化学遗传学已成为该领域的流行工具，因为它提供了一种无创的方法来操纵细胞活动，特别是神经元放电。

chemogenetics是什么?

Chemogenetics依赖于基因导入工程受体，这些受体只能被惰性药物激活。化学发生受体一旦被激活，就会劫持细胞信号通路，并导致类似的反应心率下降(Redfern et al.， 1999)或改变神经元兴奋性(朱等人，2014)。该系统允许你研究信号通路以及神经回路对行为的影响。

图1:化学遗传学系统概述。

为什么使用chemogenetics

由于化学发生受体是通过施予的药物被激活的，这些药物必须扩散到全身，因此受体激活的开始被延迟，并以分钟为顺序。研究特定神经元放电的即时效应更适合使用快速作用的光遗传学工具。相反，化学遗传学提供的优势是它是非侵入性的，具有更持久的影响。

建立你的化学生成系统

为了建立一个化学发生系统，你需要选择一种方法来靶向受体表达作为配体和受体对。

针对受体表达

使用化学遗传学需要成功地将受体引入目标细胞。有针对性和具体的交付在神经科学的研究中尤其重要，因为特定的组织、细胞类型甚至是神经元的亚细胞区域都需要被定位。当表达必须被限制在特定的电路时，靶向在治疗的发展中也很重要。靶向表达的方法涉及组织特异性启动子，AAV血清型，以及不断增长的品种重组酶系统．

选择配体

选择合适的配体对于化学生成系统的建立也很重要。你们的实验取决于激动剂成功到达靶细胞的能力，同时产生最小的脱靶效应。例如，如果你的受体在大脑中表达，就必须使用能够穿过血脑屏障的配体。

在为化学遗传学研究选择配体时，另一个考虑因素是你的研究是否旨在开发人类疗法。在这些情况下，最好与FDA/EMA批准的药物合作，以便你们的结果能够转化为人类患者。

选择受体

你选择的受体很大程度上取决于你想操纵的细胞反应。重要的是要考虑到，同一受体会引起不同的反应，这取决于它在什么细胞类型中表达。化学发生操纵最常见的目标是神经元，其中化学发生受体可以通过降低或提高信号阈值来改变兴奋性。目前化学遗传学中使用的两类主要受体是dreadd和PSAMs。

使用Dreadds

DREADDs

dreadd，或专门被设计药物激活的设计受体，是G蛋白偶联受体(GPCRs)，它已经被重新编程，只对惰性的、非原生配体有反应。然而，它们保留了细胞内的相互作用，仍然触发相同的途径，产生相同的细胞反应。DREADD引发的细胞反应取决于什么g蛋白，进而取决于受体通过什么途径发挥作用。的DREADDhM3D(《Gq》)例如，它降低了神经元信号的阈值，并引起神经元脉冲放电。其他dreadd，如贺德受体，增加这个阈值，让神经元安静下来。

DREADD配体

几种dreadd，包括hM3D(Gq)，已经从毒蕈碱受体中衍生出来。毒蕈碱受体衍生dreadd最常用的激动剂是CNO(氯氮平- n -氧化物)。然而，由于CNO能够代谢成CLZ(氯氮平)，人们对使用CNO作为DREADD激动剂的可靠性提出了担忧。虽然一些科学家们认为这些问题可以通过使用低剂量和运行适当的控制来缓解(Jendryka et al.， 2019)，它们导致了对替代配体的研究，如C21、CLZ、Perlapine和奥氮平，这些配体也可以激活毒毒唑衍生的dreadd。一个新的配体布莱恩罗斯实验室和Takafumi Minamimoto的实验室被称为deschloroclozapine(DCZ)最近也被开发出来，并显示出作为CNO替代的前景(Nagai et al.， 2019)。

使用psam

psam

psam，或药理选择性致动器模块，其目标是创造内源性激活较少和减少配体脱靶激活的受体。PSAMs本身是修饰过的配体结合域。当耦合到通道的离子孔域(IPD)时，PSAM作为一个门控机制来控制离子通量。该系统允许你直接操纵离子通道。当与PSAM受体一起工作时，你对细胞的影响是由你的PSAM结合的IPD决定的。将PSAM与阳离子通道(如5 -羟色胺3受体)的IPD结合，将促进神经元的去极化。或者，与阴离子通道的IPD结合，如甘氨酸受体，将促进超极化。

PSAM配体

PSAMs的优势在于其能够被药理学选择性效应分子(PSEMs)特异性、强效地激活。药效越强，药物剂量就越低，从而降低了脱靶效应的风险。这些合成的激动剂可以穿透大脑，其中一些，如伐伦克林，已经被批准用于临床。Varenicline经过进一步改进，创建了upems(超强力PSEMs)，其效力大幅提高。

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参考文献

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