3.4: Métodos quimiogenéticos para examinar el cerebro y el comportamiento

Aunque la optogenética proporciona un nivel superior de control temporal (es rápido, parpadea en pulsos de luz para provocar actividad inmediata) y espacial de un circuito neuronal, requiere cables de fibra óptica especializados (también llamados optrodes), láseres y actuadores. Como tal, esto puede generar costos superiores a los esperados así como una inversión significativa de tiempo y capacitación.

Otro método de precisión para examinar la función de grupos específicos de neuronas dentro de un circuito conocido para alterar el comportamiento se conoce como quimiogenética o farmacogenética. En lugar de usar luz, fármacos únicos y específicos pueden activar receptores exógenamente expresados. La más popular de estas técnicas farmacogenéticas de precisión se conoce como DREADDS. Este es un acrónimo de D esigner R eceptor E xclusivamente A ctivado por una alfombra D esigner D y como se mencionó anteriormente esto requiere la incorporación de un receptor sintético (de la familia HmxDx del receptor muscarínico acetilcolinérgico ) en el genoma de un animal y la función neuronal es controlada por el ligando sintético Clozapina-N-óxido (CNO). Al igual que con la optogenética, el experimentador decide qué neuronas (u otras células dentro del sistema nervioso) tienen la maquinaria para expresar el receptor y una vez expresado, los DREADDS pueden usarse para controlar estrechamente la actividad neuronal.

Figura\(\PageIndex{1}\). Resumen esquemático de cómo se pueden usar diferentes variantes de DREADD (HM3Dq y HM4Di) para activar y también inhibir grupos de neuronas usando CNO. La figura también muestra los efectos inhibitorios de la acetilcolina (ACh) sobre el CNO.

Similar a la optogenética, diferentes DREADD, una vez expresados en los grupos apropiados de neuronas, pueden causar excitación (HM3D) de las neuronas o su inhibición (HM4D) en presencia de CNO. Es importante destacar que el CNO puede inyectarse en el animal de prueba o agregarse a su agua potable para que no se requiera ningún equipo adicional. Como el CNO es un compuesto que está diseñado para funcionar específicamente en DREADDS, se pensó que no habría activación de ningún receptor endógeno que no estuviera genéticamente modificado.

Sin embargo, un reporte reciente en 2017 de Gomez et al., en la revista Science (ref), sugirió que el CNO se metabolizó en tejidos periféricos y formó el metabolito clozapina. La clozapina puede unirse a una serie de diferentes receptores serotoninérgicos, dopaminérgicos y adrenérgicos dentro del cerebro, y fue sugerido por Gómez et al., que se debe tener cuidado al interpretar los datos de comportamiento utilizando el sistema CNO-DREADD.

Figura\(\PageIndex{2}\). Figura adaptada de Gomez et al., mostrando la falta de unión relativa del ligando CNO (A y C) a los DREADDS frente al metabolito clozapina que muestra una unión significativa a los mismos DREADDS (B y D) como lo indican las tinciones de intensidad más oscura.