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合成リガンドのみによって活性化される受容体（RASSL ）またはデザイナードラッグのみによって活性化されるデザイナー受容体（DREADD ）は、化学遺伝学の分野で使用され、特定のリガンドによって選択的に活性化される人工的に設計されたタンパク質受容体の一種です。[1]これらは生物医学研究、特に神経科学においてニューロンの活動を操作するために使用されます。[2]
RASSLとDREADDは、もともとは改変に用いられる手法によって区別されていましたが、現在では改変された受容体-リガンドシステムを表すために互換的に使用されることが多くなっています。[3]これらのシステムは通常、クロザピンN-オキシド（CNO）[4]などの合成リガンドにのみ反応し、内因性リガンドには反応しないように設計されたGタンパク質共役受容体（GPCR ）を利用します。これらの受容体には、ムスカリン受容体またはκオピオイド受容体に由来するいくつかのタイプが存在します。[1]
RASSL / DREADDの種類
最初のDREADDの1つは、ヒトM 3ムスカリン受容体（hM 3）に基づいていました。[5] hM 3の2つの点突然変異のみで、CNOに対するナノモル効力、アセチルコリンに対する非感受性、および低い構成的活性を備えた変異受容体が得られ、このDREADD受容体はhM3Dqと名付けられました。M 1およびM 5ムスカリン受容体が変異して、それぞれhM1DqおよびhM5DqというDREADDが作成されました。[5]
最も一般的に使用されている阻害性DREADDは、G iタンパク質と共役するM 4ムスカリン受容体に由来するhM4Diです。[5]別のG i共役ヒトムスカリン受容体M 2も変異して、DREADD受容体hM2Dが得られました。[5]別の阻害性G i -DREADDは、サルビノリンB (SalB) によって選択的に活性化されるκオピオイド受容体(KOR) DREADD (KORD)です。[6]
G s結合型DREADDも開発されている。これらの受容体はG s Dとしても知られており、七面鳥赤血球βアドレナリン受容体の細胞内領域をラットM 3 DREADDに置換したキメラ受容体である。[7]
RASSL / DREADDリガンド
RASSL / DREADDを活性化するために使用できるリガンドは市販されており、その数は増加している。[8]
CNOは典型的なDREADD活性化因子である。CNOは興奮性Gq結合DREADDであるhM3Dq、hM1Dq、hM5Dqを活性化し、また抑制性hM4DiおよびhM2Di G i結合DREADDも活性化する。CNOはまた、G s結合DREADD（GsD）およびβアレスチン優先DREADDであるrM3Darr（Rq（R165L））も活性化する。 [9]
最近の知見によると、全身投与されたCNOは体内で容易に血液脳関門を通過せず、クロザピンに変換され、それ自体がDREADDを活性化することが示唆されている。クロザピンは非定型抗精神病薬であり、高いDREADD親和性と効力を示すことが示唆されている。クロザピン自体の閾値下注射は、優先的なDREADD介在行動を誘発するために利用できる。したがって、CNOを使用する場合は、実験設計に注意を払い、適切な制御を組み込む必要がある。[10]
DREADD作動薬21は、化合物21としても知られ、ムスカリン系DREADDの代替作動薬であり、CNOの代替薬である。化合物21は優れたバイオアベイラビリティ、薬物動態特性、脳浸透性を有し、クロザピンへの逆代謝を受けないことが報告されている。[11]もう一つの既知の作動薬は、日本で不眠症の治療薬として承認されている催眠薬であるペルラピンである。これは、CNOと構造類似性を持つG q -、G i -、およびG s DREADDの活性化剤として作用する。[12] hM3DqおよびhM4Diのより最近の作動薬は、デスクロロクロザピン（DCZ）である。[13]
一方、SalB BはKORDの強力かつ選択的な活性化因子である。[14]
JHU37160 と JHU37152 は、hM3Dq および hM4Di DREADD に対して高い効力と親和性を持ち、生体内で活性な新規 DREADD リガンドとして市販されています。 [引用が必要]
水溶性（ただし溶液中での安定性は異なる）のDREADDリガンドの二塩酸塩も商業的に開発されている（水性安定性については [15] [16]を参照）。
機構
RASSLとDREADDは、生体内でのGPCRシグナル伝達の正確な時空間制御を可能にするために特別に構築されたデザイナーGタンパク質共役受容体（GPCR）のファミリーです。これらの設計されたGPCRは内因性リガンドに反応しませんが、薬理学的に不活性な薬物のような小分子のナノモル濃度によって活性化できます。現在、RASSLは、Gs、Gi、Gq、Golf、β-アレスチンによって活性化されるものを含む、いくつかのGPCRシグナル伝達経路を調べるために存在しています。[18] RASSLリソースの成功の主な原因は、DNAコンストラクトとRASSL関連リソースのオープンな交換でした。
hM4Di-DREADDの阻害効果は、CNOの刺激とそれに伴うGタンパク質内向き整流カリウム（GIRK）チャネルの活性化の結果である。これにより標的神経細胞の過分極が引き起こされ、その後の活動が弱まる。[19]
用途
この化学遺伝学的技術は、特定のリガンドを投与することで、 in vitroおよびin vivo の両方で、特にニューロンのような興奮性細胞の細胞を遠隔操作するために使用できます。 [2]この分野の同様の技術には、温度または光でニューロンを制御する熱遺伝学と光遺伝学があります。[2]
DREADDタンパク質のウイルス発現は、生体内での神経機能の増強剤と阻害剤の両方として、マウスの行動（匂いの識別など）を双方向に制御するために使用されています。[20] DREADDは神経活動を調節する能力があるため、薬物刺激や薬物中毒に関連する神経経路と行動の両方を評価するツールとして使用されています。[21]
歴史
ストレーダーと同僚は、合成化合物によってのみ活性化できる最初のGPCRを設計し[22]、徐々に勢いを増しています。最初の国際RASSL会議は2006年4月6日に予定されていました。行動遺伝学におけるRASSLシステムの使用の簡単な例は、ミューラーら（2005）によって示され、マウスの舌の甘味細胞でRASSL受容体を発現すると、合成リガンドの経口摂取に対する強い好みがもたらされ、一方、苦味細胞でRASSLを発現すると、同じ化合物に対する劇的な味覚嫌悪が引き起こされることを示しました。[23]
hM4Di-DREADDの減弱効果は2007年に最初に研究され、2014年に確認されました。[19]
参考文献
- ^ ab Roth BL (2016年2月). 「神経科学者のためのDREADD」. Neuron . 89 (4): 683– 94. doi :10.1016/j.neuron.2016.01.040. PMC 4759656 . PMID 26889809.
- ^ abc Campbell, Erin J.; Marchant, Nathan J. (2018年4月). 「行動神経科学における化学遺伝学の活用：受容体変異、標的アプローチおよび注意点」. British Journal of Pharmacology . 175 (7): 994– 1003. doi :10.1111/bph.14146. ISSN 1476-5381. PMC 5843707. PMID 29338070.
- ^ Conklin BR、Hsiao EC、Claeysen S、Dumuis A、Srinivasan S、Forsayeth JR、Guettier JM、Chang WC、Pei Y、McCarthy KD、Nissenson RA、Wess J、Bockaert J、Roth BL (2008 年 8 月)。「RASSL による GPCR シグナル伝達経路のエンジニアリング」。Nature Methods。5 ( 8 ) : 673– 8。doi : 10.1038 /nmeth.1232。PMC 2703467。PMID 18668035。
- ^ Armbruster BN、Li X、Pausch MH、Herlitze S、Roth BL (2007 年 3 月)。「鍵穴に合うように錠前を進化させ、不活性リガンドによって強力に活性化される G タンパク質結合受容体ファミリーを作成する」。米国科学アカデミー紀要 。104 ( 12 ): 5163–8。Bibcode :2007PNAS..104.5163A。doi : 10.1073 / pnas.0700293104。PMC 1829280。PMID 17360345。
- ^ abcd Armbruster, Blaine N.; Li, Xiang; Pausch, Mark H.; Herlitze, Stefan; Roth, Bryan L. (2007-03-20). 「鍵穴に合うように鍵穴を進化させ、不活性リガンドによって強力に活性化される G タンパク質結合受容体ファミリーを作成する」。Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 104 (12): 5163– 5168. Bibcode :2007PNAS..104.5163A. doi : 10.1073/pnas.0700293104 . ISSN 0027-8424. PMC 1829280 . PMID 17360345.
- ^ Vardy, Eyal; Robinson, J. Elliott; Li, Chia; Olsen, Reid HJ; DiBerto, Jeffrey F.; Giguere, Patrick M.; Sassano, Flori M.; Huang, Xi-Ping; Zhu, Hu (2015-05-20). 「新しい DREADD は行動の多重化学遺伝学的調査を容易にする」. Neuron . 86 (4): 936– 946. doi :10.1016/j.neuron.2015.03.065. ISSN 1097-4199. PMC 4441592. PMID 25937170 .
- ^ Conklin, Bruce R.; Hsiao, Edward C.; Claeysen, Sylvie; Dumuis, Aline; Srinivasan, Supriya; Forsayeth, John R.; Guettier, Jean-Marc; Chang, WC; Pei, Ying (2008 年 8 月). 「RASSL による GPCR シグナル伝達経路のエンジニアリング」. Nature Methods . 5 (8): 673– 678. doi :10.1038/nmeth.1232. ISSN 1548-7105. PMC 2703467. PMID 18668035 .
- ^ 「神経科学研究のためのDREADDリガンド（CNO / SalB）」HelloBio.com 。 2018年12月5日閲覧。
- ^ Wess, Jürgen; Nakajima, Kenichiro; Jain, Shalini (2013 年 7 月). 「GPCR シグナル伝達と生理学を調査するための新規デザイナー受容体」. Trends in Pharmacological Sciences . 34 (7): 385– 392. doi :10.1016/j.tips.2013.04.006. ISSN 1873-3735 . PMC 3758874. PMID 23769625.
- ^ ゴメス、フアン・L.ボナベントゥラ、ジョルディ。レスニアック、ヴォイチェフ。マシューズ、ウィリアム B.シサ・シャー、ポリーナ。ロドリゲス、ライオネル A.エリス、ランダル J.リッチー、クリストファー・T。ハーベイ、ブランドン K. (2017 年 8 月 4 日) 「化学遺伝学が明らかに：変換されたクロザピンによるDREADD占有と活性化」。科学。357 (6350): 503–507。Bibcode :2017Sci...357..503G。土井：10.1126/science.aan2475。ISSN 1095-9203。PMC 7309169。PMID 28774929。
- ^ カレン・J・トンプソン;カジェハリ、エルハム。ブラッドリー、ソフィー・J.ナバレッテ、ジョバナ S.黄、西平。スローカム、サミュエル。ジン、ジアン。リュー、ジン。シオン、ヤン (2018-09-14)。 「DREADD アゴニスト 21 は、インビトロおよびインビボでのムスカリン系 DREADD に対する効果的なアゴニストです。」ACS 薬理学とトランスレーショナル サイエンス。1 (1): 61–72。土井:10.1021/acsptsci.8b00012。PMC 6407913。PMID 30868140。
- ^ Chen, Xin; Choo, Hyunah; Huang, Xi-Ping; Yang, Xiaobao; Stone, Orrin; Roth, Bryan L.; Jin, Jian (2015-03-18). 「デザイナードラッグによってのみ活性化されるデザイナー受容体に関する初の構造活性相関研究」. ACS Chemical Neuroscience . 6 (3): 476– 484. doi :10.1021/cn500325v. ISSN 1948-7193. PMC 4368042. PMID 25587888 .
- ^ 永井雄二;宮川直久；たくわ、ひろゆき；堀由紀子。大山 圭;ジ、ビン。高橋真奈美ファン・シーピン。スローカム、サミュエル・T.ディベルト、ジェフリー F.シオン、ヤン（2020年9月）。 「強力かつ選択的な化学遺伝学的アクチュエーターであるデスクロロクロザピンは、マウスとサルにおいて迅速な神経および行動の調節を可能にします。」自然神経科学。23 (9): 1157–1167。土井:10.1038/s41593-020-0661-3。ISSN 1546-1726。PMID 32632286。S2CID 220375204 。
- ^ Marchant, Nathan J.; Whitaker, Leslie R.; Bossert, Jennifer M.; Harvey, Brandon K.; Hope, Bruce T.; Kaganovsky, Konstantin; Adhikary, Sweta; Prisinzano, Thomas E.; Vardy, Eyal (2016 年 1 月)。「ラットにおける新規カッパオピオイド受容体ベースの DREADD の行動および生理学的効果」。Neuropsychopharmacology。41 ( 2 ) : 402– 409。doi : 10.1038 / npp.2015.149。ISSN 1740-634X。PMC 5130116。PMID 26019014。
- ^ 「溶液中の水溶性DREADDリガンドの安定性 - 技術レビュー」HelloBio.com 。 2018年12月5日閲覧。
- ^ 「クロザピンN-オキシド（CNO）遊離塩基の安定性と保管」HelloBio.com . 2018年12月5日閲覧。
- ^ この記事には、CC BY 4.0 ライセンスの下で利用可能なテキストが組み込まれています。 Ju, William (2023 年 11 月 1 日)。神経科学。トロント: トロント大学。3.4 脳の行動を調べるための化学生成法。
- ^ Urban DJ 、 Roth BL (2015-01-06)。「DREADD（デザイナードラッグによってのみ活性化されるデザイナー受容体）：治療に有用な化学遺伝学的ツール」。Annual Review of Pharmacology and Toxicology。55 (1): 399– 417。doi : 10.1146/annurev-pharmtox-010814-124803。PMID 25292433 。
- ^ ab Zhu H, Roth BL (2014年5月). 「DREADDによるシナプスのサイレンシング」. Neuron . 82 (4): 723–5 . doi : 10.1016 /j.neuron.2014.05.002. PMC 4109642. PMID 24853931.
- ^ Smith RS、Hu R、DeSouza A、Eberly CL、Krahe K、Chan W 、 Araneda RC (2015 年 7 月)。 「嗅球におけるムスカリンの異なる調節」。The Journal of Neuroscience。35 ( 30): 10773– 85。doi : 10.1523 /JNEUROSCI.0099-15.2015。PMC 4518052。PMID 26224860。
- ^ Ferguson SM、Eskenazi D、Ishikawa M、Wanat MJ、Phillips PE、Dong Y、Roth BL、Neumaier JF (2011 年 1 月)。「一過性の神経抑制により、感作における間接経路と直接経路の反対の役割が明らかになる」。Nature Neuroscience。14 ( 1 ) : 22– 4。doi : 10.1038 / nn.2703。PMC 3058296。PMID 21131952。
- ^ Coward P, Wada HG, Falk MS, Chan SD, Meng F, Akil H, Conklin BR (1998年1月). 「特別に設計されたGi結合受容体によるシグナル伝達の制御」.米国科学アカデミー紀要. 95 (1): 352– 7. Bibcode :1998PNAS...95..352C. doi : 10.1073 /pnas.95.1.352 . JSTOR 44466. PMC 18222. PMID 9419379.
- ^ Mueller KL, Hoon MA, Erlenbach I, Chandrashekar J, Zuker CS, Ryba NJ (2005 年 3 月). 「苦味の受容体とコーディング ロジック」. Nature . 434 (7030): 225–9 . Bibcode :2005Natur.434..225M. doi :10.1038/nature03352. PMID 15759003. S2CID 4383273.
さらに読む
- Conklin BR、Hsiao EC、 Claeysen S、Dumuis A、Srinivasan S 、 Forsayeth JR、他 (2008 年 8 月)。「RASSL による GPCR シグナル伝達経路のエンジニアリング」。Nature Methods。5 ( 8 ): 673– 8。doi : 10.1038/nmeth.1232。PMC 2703467。PMID 18668035。