Википедија

Хемогенетика

Хемогенетика ― постапка со која макромолекулите може да бидат конструирани за да општат со претходно непрепознаени мали молекули. Хемогенетиката како поим првично бил измислен за да ги опише набљудуваните ефекти на мутациите врз активноста на халконската изомераза врз специфичностите на супстратот во цветовите на градинарскиот каранфил.[1] Овој метод е многу сличен на оптогенетиката; сепак, користи хемиски изменети молекули и лиганди наместо светлосни и светлочувствителни канали познати како опсини.

Во неодамнешните истражувачки проекти, хемогенетиката е широко користена за да биде разбрана врската помеѓу активноста на мозокот и однесувањето. Пред хемогенетиката, истражувачите користеле методи како транскранска магнетна стимулација и длабока мозочна стимулација за да ја проучат врската помеѓу невронската активност и однесувањето.[2]

Споредба со оптогенетиката уреди

Оптогенетиката и хемогенетиката се најновите и популарни методи кои се користени за проучување на оваа врска. И двата методи се насочени кон специфични мозочни кола и клеточно население за да влијаат на клеточната активност. Сепак, тие користат различни процедури за да ја постигнат оваа задача. Оптогенетиката користи канали и пумпи чувствителни на светлина кои вирусно се воведувани во невроните. Активноста на клетките, кои ги имаат овие канали, потоа може да биде манипулирана со светлина. Хемогенетиката, од друга страна, користи хемиски изменети рецептори и егзогени молекули специфични за тие рецептори, за да влијае на активноста на тие клетки. Инженерските макромолекули што се користени за дизајнирање на овие рецептори се хибриди на нуклеинска киселина,[3] кинази,[4] различни метаболички ензими,[5][6] и рецептори поврзани со Г-белковина, како што се рецепторите по мерка исклучиво активирани од лекови по мерка.[7][8][9][10]

Рецепторите по мерка исклучиво активирани од лекови по мерка се најчестите рецептори поврзани со Г-белковина кои се користени во хемогенетиката.[11] Овие рецептори се активирани исклучиво од лекот од интерес (инертна молекула) и влијаат на физиолошките и нервните постапки кои се случуваат во и надвор од средишниот нервен систем.

Хемогенетиката неодамна била пожелувана над оптогенетиката и избегнува некои од предизвиците на оптогенетиката. Хемогенетиката не бара скапа светлосна опрема и затоа е подостапна. Резолуцијата во оптогениката опаѓа поради расејувањето на светлината и намалените нивоа на осветлување како што се зголемува растојанието помеѓу субјектот и изворот на светлина. Според тоа, овие фактори не дозволуваат светлината да влијае на сите клетки и да доведе до помала просторна резолуција. Хемогенетиката, сепак, не бара употреба на светлина и затоа може да постигне повисока просторна резолуција.[12]

Примени уреди

Употребата на парните рецептори поврзани со Г-белковината и хемогенетиката во денешно време се цел на многу фармацевтски претријатија за лекување и ублажување на симптомите на болести кои ги вклучуваат сите ткива на телото.[13] Поконкретно, рецепторите по мерка исклучиво активирани од лекови по мерка се користени за истражување на опции за третман за различни невродегенеративни и психолошки состојби како што се Паркинсонова болест, депресија, анксиозност и зависност. Овие гореспоменатите состојби вклучуваат постапки кои се случуваат во и надвор од нервниот систем кои вклучуваат невротрансмитери како што се гама-аминобутерна киселина и глутаминска киселина.[14] Затоа, хемогенетиката е користена во фармакологијата за да бидат прилагодени нивоата на таквите невротрансмитери во специфичен неврон, додека се минимизираат несаканите ефекти од третманот. За лекување и ублажување на симптомите на која било болест со помош на рецепторите по мерка исклучиво активирани од лекови по мерка, овие рецептори се доставувани до областа на интерес преку вирусна трансдукција.

Неодамна некои студии размислувале за користење на нов метод наречен назадни рецептори по мерка исклучиво активирани од лекови по мерка. Овој метод овозможува специфични невронски патишта да бидат проучувани под клеточна резолуција. За разлика од класичните рецептори по мерка исклучиво активирани од лекови по мерка, овој метод обично е користен кај животни од див тип, а овие рецептори се даваат на целните клетки преку вбризгување на два вирусни вектори.[2]

Животински модели уреди

Рецепторите по мерка исклучиво активирани од лекови по мерка се користени во многу животински модели (на пр., глувци и други животни кои не се примати) за да биде целено и да биде влијаено на активноста на различни клетки. Хемогенетиката што е користена кај животните помага во демонстрирање на модели на човечки болести како што е Паркинсоновата болест. Имањето на оваа информација им овозможува на научниците да разберат дали вирусното изразување на белковините со рецепторите по мерка исклучиво активирани од лекови по мерка, и ин виво засилувачите и инхибиторите на невронската функција може да бидат користени за двонасочно влијание врз однесувањето и активноста на вклучените неврони. Неодамнешните студии покажале дека рецепторите по мерка исклучиво активирани од лекови по мерка биле успешно користени за лекување на моторни недостатоци на стаорци кои ја моделираат Паркинсоновата болест.[15] Други студии имале успеси кои ја поврзуваа употребата на рецептори по мерка исклучиво активирани од лекови по мерка и влијаеле на барањето лекови и однесувањето за сензибилизација на лекови.[14]

Напредокот на хемогенетиката од глодари до нечовечки примати е бавна поради зголемената побарувачка во време и трошоци околу овие проекти. Сепак, некои неодамнешни студии во 2016 година успеале да покажат успеси кои покажуваат дека замолчувањето на активноста на невроните во орбитофронталниот кортекс заедно со отстранувањето на риналниот кортекс, го ограничило извршувањето на задачата за награда кај макаките.[16]

Ограничување и идни насоки уреди

Хемогенетиката и употребата на рецепторите по мерка исклучиво активирани од лекови по меркаим овозможиле на истражувачите да напредуваат во областите за биомедицинско истражување, вклучувајќи многу невродегенеративни и психијатриски состојби. Хемогенетиката е користена во овие полиња за да бидат индуцирани специфични и повратни лезии на мозокот и затоа се проучувани специфичните активности на мноштвото неврони. Иако хемогенетиката нуди специфичност и висока просторна резолуција, таа сепак се соочува со некои предизвици кога е користена во истражувањето на невропсихијатриските нарушувања. Невропсихијатриските нарушувања обично имаат сложена природа каде лезиите во мозокот не се идентификувани како главна причина. Хемогенетиката е искористена за да бидат отстранети некои од дефицитите кои се вртат во такви состојби; сепак, не била во можност да ја идентификува главната причина за невропсихијатриските болести и целосно да ги излечи овие состојби поради сложената природа на овие состојби. Сепак, хемогенетиката е успешно користена во претклинички модел на епилепсија отпорна на лекови, каде нападите произлегуваат од дискретен дел од мозокот.[17]

Поврзано уреди

Наводи уреди

  1. ↑ „Genetic control of chalcone isomerase activity in flowers of Dianthus caryophyllus“. Biochemical Genetics. 18 (5–6): 519–27. јуни 1980. doi:10.1007/bf00484399. PMID 7437010.
  2. ↑ 2,0 2,1 „Application of the DREADD technique in biomedical brain research“. Pharmacological Reports. 69 (2): 213–221. април 2017. doi:10.1016/j.pharep.2016.10.015. PMID 28092807.
  3. ↑ „Complementary sets of noncanonical base pairs mediate RNA helix packing in the group I intron active site“. Nature Structural Biology. 5 (1): 60–6. јануари 1998. doi:10.1038/nsb0198-60. PMID 9437431.
  4. ↑ „Design of allele-specific inhibitors to probe protein kinase signaling“. Current Biology. 8 (5): 257–66. февруари 1998. doi:10.1016/s0960-9822(98)70198-8. PMID 9501066.
  5. ↑ „Artificial metalloenzymes for enantioselective catalysis based on biotin-avidin“. Journal of the American Chemical Society. 125 (30): 9030–1. јули 2003. doi:10.1021/ja035545i. PMID 15369356.
  6. ↑ „Enzymes by design: chemogenetic assembly of transamination active sites containing lysine residues for covalent catalysis“. Bioconjugate Chemistry. 12 (3): 385–90. 2001. doi:10.1021/bc000117c. PMID 11353536.
  7. ↑ „Allele-specific activation of genetically engineered receptors“. The Journal of Biological Chemistry. 266 (1): 5–8. јануари 1991. doi:10.1016/S0021-9258(18)52392-9. PMID 1670767.
  8. ↑ „Controlling signaling with a specifically designed Gi-coupled receptor“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (1): 352–7. јануари 1998. Bibcode:1998PNAS...95..352C. doi:10.1073/pnas.95.1.352. PMC 18222. PMID 9419379.
  9. ↑ Westkaemper, Richard B; Hyde, Edward G; Choudhary, Mohammad S; Khan, Naseem; Gelbar, Edward I; Glennon, Richard A; Roth, Bryan L (1999). „Engineering a region of bulk tolerance in the 5-HT2A receptor“. European Journal of Medicinal Chemistry. 34 (5): 441–447. doi:10.1016/s0223-5234(99)80094-4.
  10. ↑ „Evolving the lock to fit the key to create a family of G protein-coupled receptors potently activated by an inert ligand“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (12): 5163–8. март 2007. doi:10.1073/pnas.0700293104. PMC 1829280. PMID 17360345.
  11. ↑ „DREADDs for Neuroscientists“. Neuron. 89 (4): 683–94. февруари 2016. doi:10.1016/j.neuron.2016.01.040. PMC 4759656. PMID 26889809.
  12. ↑ „Wirelessly powered, fully internal optogenetics for brain, spinal and peripheral circuits in mice“. Nature Methods. 12 (10): 969–74. октомври 2015. doi:10.1038/nmeth.3536. PMC 5507210. PMID 26280330.
  13. ↑ „Differential Muscarinic Modulation in the Olfactory Bulb“. The Journal of Neuroscience. 35 (30): 10773–85. јули 2015. doi:10.1523/JNEUROSCI.0099-15.2015. PMC 4518052. PMID 26224860.
  14. ↑ 14,0 14,1 „Neurobiologic Advances from the Brain Disease Model of Addiction“. The New England Journal of Medicine. 374 (4): 363–71. јануари 2016. doi:10.1056/nejmra1511480. PMC 6135257. PMID 26816013.
  15. ↑ „Pharmacogenetic stimulation of cholinergic pedunculopontine neurons reverses motor deficits in a rat model of Parkinson's disease“. Molecular Neurodegeneration. 10: 47. септември 2015. doi:10.1186/s13024-015-0044-5. PMC 4580350. PMID 26394842.
  16. ↑ „Advances in optogenetic and chemogenetic methods to study brain circuits in non-human primates“. Journal of Neural Transmission. 125 (3): 547–563. март 2018. doi:10.1007/s00702-017-1697-8. PMC 5572535. PMID 28238201.
  17. ↑ „Chemical-genetic attenuation of focal neocortical seizures“. Nature Communications. 5: 3847. мај 2014. Bibcode:2014NatCo...5.3847K. doi:10.1038/ncomms4847. PMC 4050272. PMID 24866701.
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=Хемогенетика&oldid=5170483“