화학유전학

Chemogenetics

화학유전학은 고분자가 이전에 인식되지 않았던 작은 분자와 상호작용하도록 조작될 수 있는 과정이다.용어로서의 화학유전학은 원래 Dianthus caryophyllus [1]꽃의 기질 특이성에 대한 샬콘 이성질 효소 활성에 대한 돌연변이의 관찰된 영향을 설명하기 위해 만들어졌다.이 방법은 광유전학과 매우 유사하지만, opsins로 알려진 빛과 빛에 민감한 채널 대신 화학적으로 조작된 분자와 배위자를 사용합니다.

최근의 연구 프로젝트에서 화학유전학은 뇌 활동과 행동 사이의 관계를 이해하기 위해 널리 사용되어 왔다.화학유전학 이전에, 연구원들은 신경 활동과 [2]행동 사이의 관계를 연구하기 위해 경두개 자기 자극과 뇌 심부 자극과 같은 방법을 사용했다.

광유전학과의 비교

광유전학과 화학유전학은 이 관계를 연구하기 위해 사용되는 보다 최신적이고 인기 있는 방법이다.이 두 가지 방법 모두 세포 활동에 영향을 미치는 특정 뇌 회로와 세포 집단을 대상으로 합니다.그러나 이 작업을 수행하기 위해 서로 다른 절차를 사용합니다.광유전학은 빛에 민감한 채널과 뉴런에 바이러스처럼 도입된 펌프를 사용한다.이러한 채널을 가진 세포의 활동은 빛에 의해 조작될 수 있다.반면에 화학유전학은 화학적으로 조작된 수용체와 그 수용체에 특정한 외인성 분자를 세포의 활동에 영향을 미치기 위해 사용한다.이러한 수용체를 설계하는 데 사용되는 공학적 고분자는 핵산 하이브리드,[3] 키나아제,[4] 다양한 대사 [5][6]효소 및 DREADD와 [7][8][9][10]같은 G-단백질 결합 수용체를 포함합니다.

DREADD는 화학유전학에서 [11]사용되는 가장 일반적인 G 단백질 결합 수용체이다.이 수용체들은 오직 관심 있는 약물에 의해서만 활성화되고 중추신경계 [citation needed]안팎에서 일어나는 생리적, 신경학적 과정에 영향을 미친다.

최근에는 광유전학보다 화학유전학이 선호되고 있어 광유전학이 안고 있는 과제 중 일부를 회피하고 있다.화학유전학에는 고가의 조명기기가 필요하지 않기 때문에 접근성이 향상됩니다.피사체와 광원 사이의 거리가 커짐에 따라 광산란과 조도로 인해 광유전학의 분해능이 감소하였다.따라서 이러한 요소들은 모든 세포가 빛에 의해 영향을 받는 것을 허용하지 않고 공간 분해능을 낮춥니다.그러나 화학유전학은 가벼운 사용이 필요하지 않기 때문에 더 높은 공간 [12]분해능을 얻을 수 있다.

적용들

G단백질 결합 수용체의 사용과 화학유전학은 오늘날 [13]많은 제약회사들이 신체의 모든 조직과 관련된 질병의 증상을 치료하고 완화하는 목표물이다.좀 더 구체적으로 말하면, DREADDs는 파킨슨병, 우울증, 불안, 중독과 같은 다양한 신경 퇴행성 및 심리적 상태에 대한 치료 옵션을 탐색하기 위해 사용되어 왔다.앞서 언급한 조건들은 감마-아미노낙산 [14]및 글루탐산염과 같은 신경전달물질과 관련된 신경계 안팎에서 일어나는 과정을 포함한다.따라서 화학유전학은 치료의 부작용을 최소화하면서 특정 뉴런에서 그러한 신경전달물질의 수준을 조절하기 위해 약리학에서 사용되어 왔다.DREADDs를 사용하여 질병의 증상을 치료하고 완화하기 위해, 이러한 수용체는 바이러스 전달을 [citation needed]통해 관심 영역에 전달됩니다.

최근 몇몇 연구들은 레트로 드레드라고 불리는 새로운 방법을 사용하는 것을 고려하고 있다.이 방법은 세포 분해능 하에서 특정 신경 경로를 연구할 수 있도록 한다.기존의 DRADD와 달리, 이 방법은 야생형 동물에서 주로 사용되며, 이러한 수용체는 두 개의 바이러스 [2]벡터를 주입하여 표적 세포에 주어진다.

동물 모형

DREADDS는 다양한 세포의 활동을 목표로 하고 영향을 미치기 위해 많은 동물 모델 (예를 들어, 생쥐와 다른 비생체 동물)에서 사용되어 왔습니다.동물에게 사용되는 화학유전학은 파킨슨병과 같은 인간의 질병 모델을 입증하는 데 도움이 된다.이 정보를 갖는 것은 과학자들이 관여하는 뉴런의 행동과 활동에 쌍방향으로 영향을 미치는 데 인비보 인핸서 및 신경 기능의 억제제인 DREADD 단백질의 바이러스 발현이 사용될 수 있는지 여부를 이해할 수 있게 해준다.최근의 연구는 파킨슨병을 [15]모델링한 쥐의 운동결핍을 치료하는데 DREADDs가 성공적으로 사용되었음을 보여주었다.다른 연구는 DREADD의 사용을 연결하고 약물 탐색 및 약물 민감 행동에 영향을 [14]미치는 데 성공했다.

설치류에서 인간 이외의 영장류로의 화학유전학의 발전은 이러한 프로젝트를 둘러싼 시간과 비용의 증가 때문에 더디다.그러나, 2016년의 일부 최근 연구는 리날 피질의 제거와 함께 안와전두피질에서 뉴런의 활동을 침묵시키는 것이 마카크에서의 [16]보상 작업 수행을 제한한다는 것을 보여주는 성공을 입증할 수 있었다.

제한사항 및 향후 방향

화학유전학과 DREADDs의 사용은 연구자들이 많은 신경퇴행성 및 정신질환을 포함한 생물의학 연구 분야에서 발전할 수 있게 해 주었다.화학유전학은 특이하고 가역적인 뇌 손상을 유발하기 위해 이러한 분야에서 사용되어 왔고, 따라서 뉴런 집단의 특이 활동을 연구한다.화학유전학은 특이성과 높은 공간 분해능을 제공하지만, 신경정신질환을 조사하는데 사용될 때 여전히 몇 가지 문제에 직면한다.신경정신과 질환은 보통 뇌의 병변이 주요 원인으로 확인되지 않은 복잡한 성격을 가지고 있다.화학유전학은 그러한 상태를 회전시키는 일부 결손을 되돌리기 위해 사용되어 왔다. 그러나, 그것은 이러한 상태의 복잡한 특성 때문에 신경정신 질환의 주요 원인을 식별하고 이러한 상태를 완전히 치료하지 못했다.그럼에도 불구하고,[17] 화학유전학은 뇌의 분리된 부분에서 발작이 발생하는 약물 내성 간질의 전임상 모델에서 성공적으로 사용되어 왔다. 뇌전증

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레퍼런스

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