化学遗传学应用案例分享

化学遗传学是经设计改造的生物大分子与专门设计的小分子化合物配体相互作用的一种方法，以此来激活或抑制细胞活动，进而研究细胞内信号转导、基因转录以及疾病发生发展的机制。上期我们介绍了化学遗传学及其目前最常用的技术和实验方法，感兴趣的小伙伴可以往回了解下。相较于经典遗传学，化学遗传学具有许多优点：

（1） 即时性：向生物体内加入/除去小分子之后短时间内即可发生作用，实时监测效果明显；

（2）可逆性：由于生物体代谢作用，小分子可以被降解，对蛋白质的作用被清除；

（3）可调性：改变分子结构和加入浓度可以改变作用结果；

（4）可操作性：化学遗传学方法对小分子加入到细胞或有机体中的时间没有限制，可以在生长分化过程中的任意阶段进行；

（5）通用性：其研究方法不受物种和类别的限制。

  然而，化学遗传学无法提供高精度的时间控制，这也使得化学遗传学更适合不需要毫秒级时间精度控制的疾病研究。另外，CNO的刺激强度无法掌控。下面小编通过文献给大家分享化学遗传学中DREADDs的应用。

案例一

hM3Dq

发表文章：J Clin Invest. (IF=12.282). Krashes MJ,et.al. (2011). Rapid, reversible activation of AgRP neurons drives feeding behavior in mice. [肥胖，化学遗传，腺相关病毒]

载体：AAV-hM3Dq-mCherry

血清型：AAV2/9

病毒滴度：1.0× 1012 VG/mL

注射体积：200 nl

注射部位：小鼠下丘脑

注射方式：立体定位注射

观察时间：3周

图1 化学遗传工具在研究小鼠进食行为中调控神经元活动的应用

案例二

hM4Di

发表文章：Nat Neurosci. (IF= 21.126). Mahler SV. (2014). Designer receptors show role for ventral pallidum input to ventral tegmental area in cocaine seeking. [行为学，化学遗传，腺相关病毒]

载体：DIO-Syn hM4Di-mCherry

血清型：AAV2/9

病毒滴度：1.0× 1012 VG/mL

注射部位：大鼠中脑

注射方式：脑立体定位注射

观察时间：6周

图2 hM4Di在研究行为学中调控神经元活动的应用

案例三

hM3Dq和hM4Di

汉恒客户文章：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. [焦虑，化学遗传，腺相关病毒]

载体：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

注射体积：0.3-0.5 μl

注射部位：小鼠PVT

注射方式：立体定位注射

观察时间：3周后观察小鼠行为学

图3 CNO诱导hM3Dq激活PVT 神经元诱发焦虑相关的行为

图4 CNO诱导hM4Di通过抑制PVT神经元活动，产生抗焦虑作用

       从以上文献中，我们可以看到化学遗传不仅是调控神经元活动的有效工具，而且也是发表高质量文章所必备研究工具。到目前为止，DREADDs最主要的应用还是在神经科学研究方面，他们被广泛用于以细胞特异性、无创地增强或抑制神经元的活动。虽然DREADD缺乏像光遗传学那样精准的时间控制能力，但是由于在进行疾病治疗时，最有可能需要的是长期神经元环路调节，而DREADDs会非常适合这类应用。此外，许多FDA批准药物的目标作用目标是GPCRs，而DREADDs是改造过的GPCRs，因此DREADDs可能会在药物开发方面提供丰富的可能性。

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