3.4: Хемогенетичні методи дослідження мозку та поведінки

Last updated
Save as PDF

Page ID: 72988

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Хоча оптогенетика забезпечує чудовий рівень тимчасового (це швидко - ви спалахуєте на імпульсах світла, щоб викликати негайну активність) та просторовий контроль нейрональної ланцюга, для цього потрібні спеціалізовані волоконно-оптичні кабелі (також називаються оптродами), лазери та виконавчі механізми. Таким чином, це може призвести до більших, ніж очікувалося, витрат, а також значних інвестицій часу та навчання.

Інший точний метод дослідження функції конкретних груп нейронів у відомій схемі для зміни поведінки відомий як хемогенетика або фармакогенетика. Замість використання світла, унікальні і специфічні препарати можуть активувати екзогенно виражені рецептори. Найпопулярніший з цих прецизійних фармакогенетичних методів відомий як DreAdDS. Це абревіатура для D Designer R рецептора E виключно A, активована D-дизайнер D препарат, і, як уже згадувалося вище, це вимагає включення синтетичного рецептора (з сімейства HmXdx) з ацетилхолінергічного мускаринового рецептора. ) в геном тварини, а функція нейронів контролюється синтетичним лігандом Клозапін-N-оксид (CNO). Як і у випадку з оптогенетикою, експериментатор вирішує, які нейрони (або інші клітини нервової системи) мають механізм для експресії рецептора, і після вираження DREADs може використовуватися для жорсткого контролю активності нейронів.

Малюнок\(\PageIndex{1}\). Схематичний огляд того, як різні варіанти DreAdDS (Hm3dQ і HM4di) можуть бути використані для активації, а також інгібування груп нейронів за допомогою CNO. На малюнку також показано інгібуючі ефекти ахетилхоліну (ACH) на CNO.

Подібно до оптогенетики, різні DREADDS, колись виражені на відповідних групах нейронів, можуть як викликати збудження (HM3D) нейронів, так і їх інгібування (HM4D) при наявності CNO. Важливо, що CNO можна вводити в досліджувану тварину або додавати до їх питної води, тому немає потреби в будь-якому додатковому обладнанні. Оскільки CNO є сполукою, яка призначена для роботи спеціально на DreAdDS, вважалося, що не буде активації будь-яких ендогенних рецепторів, які не були генетично інженерними.

Однак недавній звіт у 2017 році Gomez et al., в журналі Science (ref), припустив, що CNO метаболізується в периферичних тканині і утворює метаболіт клозапін. Клозапін може зв'язуватися з низкою різних серотонінергічних, дофамінергічних та адренергічних рецепторів у мозку, і Гомес і співавт., що слід дотримуватися обережності при інтерпретації поведінкових даних за допомогою системи CNO-DREADD.

Зображення, що показує відсутність відносного зв'язування ліганду CNO (A і C) з DREADs проти клозапіну метаболіту, який демонструє значне зв'язування з тими ж DREADs (B і D), як зазначено темнішими плямами інтенсивності.
Малюнок\(\PageIndex{2}\). Малюнок, адаптований від Gomez et al., показуючи відсутність відносного зв'язування ліганду CNO (A і C) з DREADs проти клозапіну метаболіту, який показує значне зв'язування з тими ж DREADs (B і D), як зазначено темнішими плямами інтенсивності.