化学遗传学是一种控制和研究细胞内信号通路的强大而具体的方法。在神经科学中最广泛用于控制神经元或神经胶质细胞活动的化学遗传学实验使用选择性靶向基因修饰的 G 蛋白偶联受体(GPCR;DREADD)或嵌合离子通道(PSAM)的化合物。
TargetsLiterature (7 )DREADD LigandsPSEMsHistory of ChemogeneticsGPCRs 一直处于化学遗传学技术的前沿,第一篇概述了仅对合成配体有反应的 GPCRs 的论文发表于 1998 年。这些受体被命名为仅由合成配体激活的受体 (RASSL),它们是在体内成功地用于控制心脏活动。然而,它们在神经科学中的应用受到配体体内药理活性以及工程受体在没有其特定配体的情况下的内源性组成性活性的阻碍。
最近,Designer Receptors Ac由设计师药物 (DREADD) 激发的药物已经开发出来。其中第一个是突变的人类毒蕈碱乙酰胆碱受体,仅由惰性配体激活。多轮诱变和配体筛选确定了与 Gq 细胞内信号通路偶联的毒蕈碱受体,该通路对氯氮平 N-氧化物(CNO,目录号 4936)有反应。所有三个 Gq 偶联的 DREADD(hM1Dq、hM3Dq 和 hM5Dq)都会激活神经元活动以响应 DREADD 配体的结合。同样的研究确定了抑制性 DREADDs、hM2Di 和 hM4Di,它们抑制响应 DREADD 配体结合的神经元活动。一种名为 KORD 的抑制性 DREADD 也是从 κ-阿片受体发展而来的,它抑制响应 Salvinorin B(SalB,目录号 5611)的神经元活动。
可用的化学遗传学工具范围研究人员最近随着嵌合离子通道的发展而扩展,称为药理学选择性致动器模块 (PSAM),它 are 被称为药理学选择性效应分子 (PSEM) 的化合物选择性结合。
化学遗传学与光遗传学化学遗传学实验需要通过病毒载体表达系统将基因工程受体或离子通道引入特定脑区。可以使用编码 DREADD 或 PSAM 的腺相关病毒 (AAV) 实现化学遗传受体的体内表达,然后将其注入大脑区域。可以使用细胞类型特异性遗传启动子控制表达受体的细胞类型。例如,具有 CaMKIIa 启动子的病毒 DREADD 构建体将驱动神经元中的 DREADD 表达,而具有 GFAP 启动子的病毒 DREADD 构建体将驱动胶质细胞中的 DREADD 表达。
调节神经元活动的类似技术是光遗传学,这需要表达光敏离子通道,而不是配体门控离子通道或 GPCR。在光遗传学技术中,activat离子或神经元活动的抑制是由植入的光纤启动的,而不是小分子。下表总结了光遗传学和化学遗传学的主要特征。
\'生理\'?是 - 使用保守的细胞内信号通路或改变离子通道电导来改变神经元活动 否 - 激发/抑制模式通过光刺激模式人工同步 干预是惰性的吗?是 - 受体/离子通道在没有配体的情况下缺乏药理活性,配体在没有特定工程受体/离子通道的情况下具有药理学惰性 否 - 光纤光源会产生热量,所使用的细菌光敏通道可能具有抗原性 这是方法侵入体内?最低限度或无 - 配体可通过脑内输注、腹膜内注射或饮用水给药,具体取决于特定配体 是 - 由于植入光纤而具有固有侵入性 是否需要专门设备? NoYes - 需要植入式光纤作为光源使用 Tocris DREADD 配体和 PSEM 的特色出版物Badimon 等人 (2020) Negative feedback control of neuronal activity by microglia。 Nature 586, 417. PMID: 32999463
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配体门控离子通道 Voltage-g离子通道 其他离子通道 请求副本 请求 PDF 查看所有产品指南和列表 请求 PDFtoday\"> Chemogenetics Research Bulletin化学遗传学研究公告由 Tocris 制作,介绍了操纵神经元活动的化学遗传学方法。它概述了RASSL、DREADD 和 PSAM 的开发,以及化学遗传化合物的使用。突出显示了 Tocris 提供的 DREADD 配体和 PSEM。
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