化學(xué)遺傳學(xué)是經(jīng)設(shè)計(jì)改造的生物大分子與專門(mén)設(shè)計(jì)的小分子化合物配體相互作用的一種方法，以此來(lái)激活或抑制細(xì)胞活動(dòng)，進(jìn)而研究細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因轉(zhuǎn)錄以及疾病發(fā)生發(fā)展的機(jī)制。上期我們介紹了化學(xué)遺傳學(xué)及其目前最常用的技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法，感興趣的小伙伴可以往回了解下。相較于經(jīng)典遺傳學(xué)，化學(xué)遺傳學(xué)具有許多優(yōu)點(diǎn)：

（1） 即時(shí)性：向生物體內(nèi)加入/除去小分子之后短時(shí)間內(nèi)即可發(fā)生作用，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)效果明顯；

（2）可逆性：由于生物體代謝作用，小分子可以被降解，對(duì)蛋白質(zhì)的作用被清除；

（3）可調(diào)性：改變分子結(jié)構(gòu)和加入濃度可以改變作用結(jié)果；

（4）可操作性：化學(xué)遺傳學(xué)方法對(duì)小分子加入到細(xì)胞或有機(jī)體中的時(shí)間沒(méi)有限制，可以在生長(zhǎng)分化過(guò)程中的任意階段進(jìn)行；

（5）通用性：其研究方法不受物種和類(lèi)別的限制。

??然而，化學(xué)遺傳學(xué)無(wú)法提供高精度的時(shí)間控制，這也使得化學(xué)遺傳學(xué)更適合不需要毫秒級(jí)時(shí)間精度控制的疾病研究。另外，CNO的刺激強(qiáng)度無(wú)法掌控。下面小編通過(guò)文獻(xiàn)給大家分享化學(xué)遺傳學(xué)中DREADDs的應(yīng)用。

案例一

hM3Dq

發(fā)表文章：J Clin Invest. (IF=12.282). Krashes MJ,et.al. (2011). Rapid, reversible activation of AgRP neurons drives feeding behavior in mice. [肥胖，化學(xué)遺傳，腺相關(guān)病毒]

載體：AAV-hM3Dq-mCherry

血清型：AAV2/9

病毒滴度：1.0× 1012 VG/mL

注射體積：200 nl

注射部位：小鼠下丘腦

注射方式：立體定位注射

觀察時(shí)間：3周

圖1?化學(xué)遺傳工具在研究小鼠進(jìn)食行為中調(diào)控神經(jīng)元活動(dòng)的應(yīng)用

案例二

hM4Di

發(fā)表文章：Nat Neurosci. (IF= 21.126). Mahler SV. (2014). Designer receptors show role for ventral pallidum input to ventral tegmental area in cocaine seeking. [行為學(xué)，化學(xué)遺傳，腺相關(guān)病毒]

載體：DIO-Syn hM4Di-mCherry

血清型：AAV2/9

病毒滴度：1.0× 1012 VG/mL

注射部位：大鼠中腦

注射方式：腦立體定位注射

觀察時(shí)間：6周

圖2 hM4Di在研究行為學(xué)中調(diào)控神經(jīng)元活動(dòng)的應(yīng)用

案例三

hM3Dq和hM4Di

漢恒客戶文章：Neurobiol Dis. (IF=5.332). Zhao D, et.al. (2022). The altered sensitivity of acute stress induced anxiety-related behaviors by modulating insular cortex-paraventricular thalamus-bed nucleus of the stria terminalis neural circuit. [焦慮，化學(xué)遺傳，腺相關(guān)病毒]

載體：AAV-hSyn-DIO-hM3Dq(Gq)-mCherry和AAV-hSyn-DIO -hM4Di(Gi)-mCherry

血清型：AAV2/9

病毒滴度：＞1×1012 vg/mL

注射體積：0.3-0.5 μl

注射部位：小鼠PVT

注射方式：立體定位注射

觀察時(shí)間：3周后觀察小鼠行為學(xué)

圖3 CNO誘導(dǎo)hM3Dq激活PVT 神經(jīng)元誘發(fā)焦慮相關(guān)的行為

圖4 CNO誘導(dǎo)hM4Di通過(guò)抑制PVT神經(jīng)元活動(dòng)，產(chǎn)生抗焦慮作用

?????? 從以上文獻(xiàn)中，我們可以看到化學(xué)遺傳不僅是調(diào)控神經(jīng)元活動(dòng)的有效工具，而且也是發(fā)表高質(zhì)量文章所必備研究工具。到目前為止，DREADDs最主要的應(yīng)用還是在神經(jīng)科學(xué)研究方面，他們被廣泛用于以細(xì)胞特異性、無(wú)創(chuàng)地增強(qiáng)或抑制神經(jīng)元的活動(dòng)。雖然DREADD缺乏像光遺傳學(xué)那樣精準(zhǔn)的時(shí)間控制能力，但是由于在進(jìn)行疾病治療時(shí)，最有可能需要的是長(zhǎng)期神經(jīng)元環(huán)路調(diào)節(jié)，而DREADDs會(huì)非常適合這類(lèi)應(yīng)用。此外，許多FDA批準(zhǔn)藥物的目標(biāo)作用目標(biāo)是GPCRs，而DREADDs是改造過(guò)的GPCRs，因此DREADDs可能會(huì)在藥物開(kāi)發(fā)方面提供豐富的可能性。

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