化學(xué)遺傳學(xué)-DREADDs
1、技術(shù)簡介
化學(xué)遺傳學(xué)是用遺傳學(xué)方法對一些生物大分子進行改造，使其能和先前無法識別的小分子進行相互作用，從而調(diào)控神經(jīng)細胞的活動，例如DREADDs（designer receptors exclusively activated by designer drugs，只由特定藥物激活的受體）。
DREADDs是一種基于G蛋白偶聯(lián)受體所改造的化學(xué)遺傳學(xué)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(yīng)的GPCR信號通路，從而引發(fā)細胞不同的興奮性變化。
不同DREADDS對應(yīng)的細胞內(nèi)信號通路
（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(yīng)，包括激活Gq、Gi、Gs、Golf和β-arrestin，其中Gq-DREADD和Gi-DREADD應(yīng)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(jié)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）與乙酰膽堿（Ach）結(jié)合后與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。
hM3Dq 和hM4Di 的DREADD結(jié)構(gòu)和G蛋白耦聯(lián)特性
（Jürgen Wess et al, Trends Pharmacol Sci.2013）
然而，當(dāng)將hM3與hM4上的兩個保守位點A5.46G和Y3.33C突變后（上圖中紅色叉號表示），兩者均不再與乙酰膽堿結(jié)合，而是能與外源添加的CNO高效結(jié)合。在CNO刺激下，HM3Dq起到激發(fā)神經(jīng)元的作用，hM4Di則導(dǎo)致神經(jīng)元的抑制。我們把突變之后的受體稱之為hM3Dq和hM4Di。
2、DREADDs研究步驟
1、選定合適的DREADDs受體
2、通過轉(zhuǎn)基因動物或病毒載體，將DREADD基因?qū)雱游矬w內(nèi)；
3、動物CNO給藥（控制時間或劑量）；
4、DREADDs受體的有效性的檢測和動物表型檢測；
(Jingwei Jiang,et al. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2017)
3、DREADDs技術(shù)應(yīng)用
DREADDs技術(shù)為神經(jīng)科學(xué)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(shù)，通過時間和空間控制的方式打開或關(guān)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。
4、DREADDs技術(shù)策略
DREADD基因靶向常見的兩種策略為病毒注射和轉(zhuǎn)基因動物模型。目前已開發(fā)出攜帶DREADD轉(zhuǎn)基因的重組AAV載體，通過添加細胞特異性啟動子，配合立體定位注射的方法，實現(xiàn)DREADD基因在不同組織細胞內(nèi)的精準(zhǔn)表達，利用CRE、FLP等技術(shù)，進一步實現(xiàn)基因的條件可控性表達，如當(dāng)您有CRE的轉(zhuǎn)基因動物時，可直接利用攜帶DREADD轉(zhuǎn)基因的DIO載體。此外，科研工作者還可利用一些特殊的AAV血清型，實現(xiàn)病毒的逆向或跨神經(jīng)突觸的感染。
5、維真化學(xué)遺傳學(xué)產(chǎn)品列表
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