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Science:挑战常规!化学遗传学并不像人们认为的那样发挥作用

来源:本站原创 2017-08-06 16:15


转基因小鼠的大脑组织。图片来自Mike Michaelides, NIDA。

2017年8月6日/生物谷BIOON/---一种流行的控制细胞的化学遗传学(chemogenetic)技术并不以科学家之前认为的方式在体内发挥作用。在一项新的研究中,来自美国国家药物滥用研究所和约翰霍普金斯大学医学院的研究人员证实作为一种用于DREADDs(designer receptors exclusively activated by designer drugs, 即仅由定制药物激活的定制受体)方法中的药物,N-氧化氯氮平(CNO)实际上并不导致科学家们观察到的效应。相反,是CNO的一种具有很多细胞靶标的代谢物,即氯氮平(clozapine),结合到这些定制受体上。对利用氯氮平进行适当控制的科学家们而言,这些结果是令人印象深刻的。相关研究结果发表在2017年8月4日的Science期刊上,论文标题为“Chemogenetics revealed: DREADD occupancy and activation via converted clozapine”。

尽管这可能意味着CNO不再用于研究中,但是论文通信作者、美国国家药物滥用研究所研究员Mike Michaelides认为,这些结果并不一定意味着DREADDs不再使用。事实上,他的发现可能使得事情更加简化。人们不再使用CNO,而是仅仅使用氯氮平,这是因为它是这种技术的真正起作用者。

DREADDs指的是一种受体被导入细胞中,这样该细胞将仅对一种特定的药物(如CNO)作出反应。类似地,这种药物将仅靶向这种受体。这种技术允许人们控制神经活性。Michaelides说,尽管这是一种经常使用的方法,但是没有人开展过重要的实验来观察CNO在体内直接与DREADDs相互作用。

因此,他的团队将CNO注射到表达DREADDs的啮齿类动物中,结果发现,不是这种定制药物CNO,而是它的代谢物氯氮平才是跨过血脑屏障并且结合到这些定制受体上的分子。这一发现意味着DREADDs仅是用词不当,这是因为它们并不是仅由一种定制药物激活。

Michaelides说,鉴于氯氮平对DREADDs具有较高的亲和力,低剂量地使用它会不大可能产生非DREADDs介导的效应。他说,“氯氮平是我们的阳性对照。它的表现优于CNO。相比于任何其他的内源性受体,它更好地结合到DREADDs上。”

他的发现是建立在之前质疑DREADDs工作机制的研究之上。在今年三月,美国埃默里大学耶基斯国家灵长动物研究中心的Jessica Raper和同事们已报道(ACS Chemical Neuroscience, doi:10.1021/acschemneuro.7b00079)当注射到猴子体内时,CNO转化为氯氮平,而且产生的氯氮平水平足以激活DREADDs(尽管这些定制受体并不存在于她的动物体内)。她说,这一结果与Michaelides团队这周发布的研究结果“具有较好的一致性”。

Michaelides说,氯氮平的优势在于它已被批准作为一种抗精神病药进行使用。如果在治疗上开发DREADDs,那么大多数安全数据是为人所知的。

美国珍妮莉亚研究园区(Janelia Research Campus)神经科学家Scott Sternson反驳道,考虑到氯氮平具有众多靶标,它的劣势在于它的效力和复杂的药理学性质。

Sternson说,其他的定制药物可能刚刚满足要求。他也已开发出定制受体,这些定制受体是配体门控离子通道,不同于与CNO一起使用的G蛋白偶联受体。

美国匹兹堡大学疼痛研究员Michael Gold说,相比于CNO和氯氮平,DREADDs存在更大的问题。去年,Gold团队报道了对DREADDs的首个研究(Journal of Neuroscience, doi:10.1523/jneurosci.3480-15.2016):在小鼠神经细胞中表达定制受体。让他们沮丧的是,他们发现即便在CNO不存在时,这些定制受体对这些神经细胞的生理学性质产生深刻的影响---它们的存在破坏了细胞中的正常信号传递。

他说,“我认为这是真正令人担忧之处。基于猜测这种技术不会产生脱靶效应,人们继续使用它。”他说,他的结果“拒绝了”DREADDs,而且从那以后,他的实验室放弃了使用它们。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Juan L. Gomez, Jordi Bonaventura, Wojciech Lesniak et al. Chemogenetics revealed: DREADD occupancy and activation via converted clozapine. Science, 04 Aug 2017, 357(6350):503-507, doi:10.1126/science.aan2475

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