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神經(jīng)研究的重要工具——DREADDs技術

DREADDs（designer receptors exclusively activated by designer drugs，只由特定藥物激活的受體），是一種基于G蛋白偶聯(lián)受體所改造的化學遺傳學平臺，通過將不同的G蛋白偶聯(lián)受體進行改造，讓它能傳遞人工合成的蛋白質(zhì)，修改后的受體只能由人工合成的特殊化合物來激活或者抑制，并激活相應的GPCR信號通路，從而引發(fā)細胞不同的興奮性變化。

（Deniz Atasoy and Scott M. Sternson..Physiol Rev. 2018）

其中，由氯氮平N氧化物（clozapine-N-oxide，CNO）激活的DREADDs，能選擇性地作用于不同的GPCR級聯(lián)反應，并能通過激活Gq、Gi、Gs或β-arrestin級聯(lián)條件細胞信號轉導，其中Gq-DREADD和Gi-DREADD應用較為廣泛。

在正常生理條件下，人毒蕈堿型乙酰膽堿受體亞型M3（hM3）能與內(nèi)源性神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿（Ach）結合，然后與Gq類的G蛋白偶聯(lián)受體耦合，參與Gq類信號通路。

人毒蕈堿型乙酰膽堿受體亞型M4（hM4）能與乙酰膽堿（Ach）結合，繼而與Gi類的G蛋白偶聯(lián)受體耦合發(fā)揮作用，參與Gi類信號通路。

（Jürgen Wess et al, Trends Pharmacol Sci.2013）

然而，當將hM3與hM4上的兩個保守位點A5.46G和Y3.33C突變后（圖中紅色叉號表示），兩者均不再與乙酰膽堿結合，而是能與外源的CNO高效結合。我們把突變之后的兩種受體分別稱之為hM3Dq和hM4Di。在CNO的刺激下，HM3Dq起到激發(fā)神經(jīng)元的作用，hM4Di則能導致神經(jīng)元的抑制。

1. 確定合適的DREADDs受體；

2. 通過病毒注射（如特異性啟動子的AAV病毒）或轉基因動物（如表達hM3Dq的轉基因鼠）或兩者聯(lián)合使用的方法，將遺傳信息傳遞給特定細胞；

3. 動物CNO給藥（控制給藥時間或劑量），靶向受體；

4. DREADDs受體的有效性檢測和動物表型檢測；

DREADDs技術為神經(jīng)科學家提供了強大的新工具，用于繪制大量中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）功能背后的神經(jīng)元回路，利用DREADDs技術，通過時間和空間控制的方式打開或關閉特定的神經(jīng)元，例如，記憶形成、食物攝入調(diào)節(jié)和覺醒等。

DREADD基因靶向常用的兩種策略為轉基因動物模型和病毒注射，即研究者可以直接構建DREADD的轉基因動物模型，也可以利用病毒注射的方法進行研究。目前已開發(fā)出攜帶DREADD轉基因的重組AAV載體，通過利用細胞特異性啟動子，運用立體定位注射的方法，配合特定時間和劑量的CNO給藥，實現(xiàn)DREADD基因在不同組織細胞內(nèi)的精準表達。此外，還可以利用CRE、FLP、tet-on/off等技術，進一步實現(xiàn)基因的條件可控性表達，如當客戶有CRE的轉基因動物時，可直接利用攜帶DREADD轉基因的DIO載體。

根據(jù)DREADDs的研究策略，維真現(xiàn)擁有多種化學遺傳學的載體，滿足客戶多樣化的需求，下面是部分載體列表：