Кіріспе

Жасанды биохимиялық рецепторлар тек алдын ала жоспарланған дәрілерге ғана жауап береді. Тек синтетикалық лигандпен (RASSL) немесе дизайнерлік препараттармен ғана белсендірілетін дизайнерлік рецептор (DREADD) – химия-генетика саласында қолданылатын, белгілі бір лигандтармен таңдамалы түрде белсендірілетін, жасанды түрде жасалған ақуыз рецепторларының класы. Олар биомедициналық зерттеулерде, әсіресе нейробиологияда нейрондардың қызметін реттеу үшін қолданылады. Бастапқыда жасау әдісімен ерекшеленген RASSL және DREADD қазір инженерлік рецептор-лиганд жүйесін білдіру үшін көбінесе бір-бірін алмастырып қолданылады. Бұл жүйелер әдетте G белоктарымен байланысқан рецепторларды (GPCR) пайдаланады, олар тек синтетикалық лигандтарға, мысалы клозапин N оксидіне (CNO) жауап беру үшін жасалған, ал ендогенді лигандтарға емес. Бұл рецепторлардың мускарин немесе κ опиоид рецепторларынан алынған бірнеше түрі бар. hM3-тің тек екі нүктелік мутациясы CNO үшін наномолярлық қуаттылыққа, ацетилхолинге сезімталдықсыздыққа және төменгі конститутивті белсенділікке ие мутацияланған рецептор алуға жеткілікті болды, және бұл DREADD рецепторы hM3Dq деп аталды. M1 және M5 мускарин рецепторлары мутацияланып, сәйкесінше hM1Dq және hM5Dq DREADD-тері жасалды. Gs-пен байланысқан DREADD-тер де әзірленді. Бұл рецепторлар GsD деп те аталады және олар құс эритроциттерінің β адренергиялық рецепторларының ішкі аймақтарын қамтитын химерлік рецепторлар, олар егеуқұйрықтың M3 DREADD-сіне ауыстырылған.

RASSL / DREADD лигандтары

РАССЛ / ДРЕАДД-ны белсендіре алатын лигандтардың саны артып келеді. CNO – DREADD-тің прототиптік белсендірушісі. CNO қоздырғыш Gq байланысқан DREADD-терді: hM3Dq, hM1Dq және hM5Dq, сондай-ақ тежегіш hM4Di және hM2Di Gi байланысқан DREADD-терді де белсендіреді. CNO сонымен қатар Gs байланысқан DREADD (GsD) және β-аррестинді артық көретін DREADD: rM3Darr (Rq(R165L) белсендіреді. Жақындағы зерттеулер жүйелік түрде енгізілген CNO in vivo қан-ми тосқауылдарын оңай кесіп өтпейтінін және DREADD-терді белсендіретін клозапинге айналатынын көрсетеді. Клозапин – DREADD-терге жоғары туыстық және қуаты бар екені көрсетілген атипикалық антипсихотикалық препарат. Клозапиннің өзі DREADD-мен шартталған мінез-құлықты тудыру үшін қолданылуы мүмкін. Сондықтан CNO қолданғанда, тәжірибелік жобалауда сақтық таныту және тиісті бақылаулар енгізілуі керек. DREADD агонисі 21, сондай-ақ Compound 21 деп те аталады, мускаринге негіделген DREADD-тер үшін балама агонист және CNO-ға балама болып табылады. Compound 21-дің тамаша биологиялық қолжетімділігі, фармакокинетикалық қасиеттері және миға ену қабілеті бар екені және клозапинге кері метаболизмге ұшырамайтыны хабарланды. Тағы бір белгілі агонист – перлапин, жапондықтарда ұйқысыздықты емдеуге бекітілген гипнотикалық препарат. Ол Gq, Gi және Gs DREADD-тердің активаторы ретінде әрекет етеді және құрылымы CNO-мен ұқсас. hM3Dq және hM4Di-нің жаңа агонисті – десхлороклозапин (DCZ). Екінші жағынан, SalB B – KORD-тің қуатты және таңдамалы активаторы. JHU37160 және JHU37152 коммерциялық түрде жаңа DREADD лигандтары ретінде сатылады, олар in vivo белсенді, hM3Dq және hM4Di DREADD-терге жоғары қуаты және туыстығы бар. Суда еритін (бірақ ерітіндідегі тұрақтылығы әртүрлі) DREADD лигандтарының дигидрохлорид тұздары коммерциялық түрде де әзірленді (сулы тұрақтылығын қараңыз).

Механизм

RASSL және DREADD – бұл арнайы GPCR сигналдауын тірі организмде (in vivo) нақты уақыт-кеңістік бақылауға мүмкіндік беру үшін жасалған, дизайнерлік G протеинді жұптасқан рецепторлардың (GPCR) отбасылары. Бұл гендік инженериялық GPCR-лар эндогенді лигандтарға жауап бермейді, бірақ фармакологиялық жағынан бейтарап, дәрілік заттарға ұқсас кішкентай молекулалардың наномолярлық концентрацияларымен белсендірілуі мүмкін. Қазіргі таңдағы RASSL ресурстары Gs, Gi, Gq, Golf және β-аррестин сияқты бірнеше GPCR сигналдық жолдарын зерттеуге мүмкіндік береді. RASSL ресурстарының сәттілігіне ДНК конструкцияларымен және RASSL-мен байланысты ресурстармен ашық алмасудың үлкен үлесі бар. hM4Di DREADD-тың тежеуші әсері CNO-ның стимуляциялануы және нәтижесінде G протеинінің ішкі түзетуші калий (GIRK) каналдарының белсендірілуі нәтижесінде туындайды. Бұл мақсатты нейрондық жасушаның гиперполяризациясына алып келеді, соның салдарынан одан әрі болатын белсенділік әлсірейді.

Қолданылуы

Бұл химиогенетикалық әдіс жасушаларды, әсіресе нейрон сияқты қозуға қабілетті жасушаларды, арнайы лигандтарды енгізу арқылы in vitro және in vivo жағдайында қашықтан манипуляциялауға мүмкіндік береді. ДРЭАДД-тер нейрондық белсенділікті реттеу қабілетіне байланысты, есірткі күйіндегі сигналдармен және есірткіге тәуелділікпен байланысты нейрондық жолдар мен мінез-құлықты бағалау құралы ретінде қолданылады.

Тарих

Strader және оның әріптестері тек синтетикалық қосылыспен ғана белсендірілетін алғашқы GPCR-ді жасады және одан бері үдеп келеді. 2006 жылдың 6 сәуірінде RASSL-дің алғашқы халықаралық мәжілісі жоспарланған. Миллер және авторлар (2005) мінез-құлық генетикасында RASSL жүйесін қолданудың қарапайым мысалын көрсетті, онда тышқан тілінің тәтті дәмді сезетін жасушаларында RASSL рецепторын экспрессиялау синтетикалық лигандты ауызбен қабылдауға күшті ұмтылысқа әкелсе, ал ащы дәмді сезетін жасушаларда RASSL экспрессиялау осы қосылысқа қарсы айқын теріс реакция тудырды. hM4Di DREADD-тің әсерін әлсіретуі алғаш рет 2007 жылы зерттелді, кейін 2014 жылы расталды.