Saúde

Os pesquisadores desenvolvem um atuador quimiogenético seletivo para controlar rapidamente a atividade e comportamento neuronal
Este novo atuador poderia eventualmente ser usado para induzir rapidamente mudanças reversíveis na memória de trabalho e no comportamento de animais e potencialmente até mesmo de humanos.
Por Ingrid Fadelli, - 12/08/2020


Imagem PET mostrando que DCZ se liga seletivamente a DREADDs. Crédito: Nagai et al.

A quimiogenética é uma área relativamente nova da neurociência que explora o uso de receptores derivados sinteticamente e ligantes seletivos para ativar ou desativar temporariamente áreas específicas do cérebro. Esses receptores também são conhecidos como DREADDs (Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs). Os DREADDs são agora amplamente usados ​​na neurociência e na biologia para modificar temporariamente a atividade neural e o comportamento.

Até agora, o atuador quimiogenético mais comumente usado nas implementações de DREADD é o N-óxido de clozapina (CNO). Embora às vezes tenha se mostrado valioso em estudos neurocientíficos, este atuador tem uma série de desvantagens e limitações, incluindo uma ação lenta e possíveis efeitos colaterais associados ao seu metabolismo reverso em clozapina, um atuador diferente que foi descoberto por apresentar grande desvio do alvo efeitos.

Com isso em mente, pesquisadores do Instituto Nacional de Ciências Radiológicas do Japão e da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill introduziram recentemente a descloroclozapina (DCZ), um novo atuador quimiogenético que atua rapidamente e é seletivo, de alta afinidade, metabolicamente estável e cerebral -penetrável. Este novo atuador, apresentado em um artigo publicado na Nature Neuroscience , poderia eventualmente ser usado para induzir rapidamente mudanças reversíveis na memória de trabalho e no comportamento de animais e potencialmente até mesmo de humanos.

"Nós investigamos a seletividade, bem como a rapidez da ação do DCZ", disse Takafumi Minamimoto, um dos pesquisadores que liderou o estudo, ao MedicalXpress. "Primeiro injetamos DCZ radiomarcado em animais que expressam DREADDs localmente dentro do cérebro e os escaneamos com tomografia por emissão de pósitrons (PET)."

Minamimoto e seus colegas testaram o atuador quimiogenético que projetaram em ratos e macacos. Eles registraram a atividade neural dos animais após as injeções de DCZ usando duas técnicas: imagem de cálcio de dois fótons para camundongos e eletrofisiologia para macacos.

"Acreditamos que todos os usuários do DREADDs receberão grandes benefícios do DCZ com maior confiabilidade, ou seja, removendo as preocupações sobre possíveis respostas fora do alvo", disse Minamimoto. "Junto com a capacidade de monitoramento não invasivo da expressão de DREADDs usando imagens PET, o DCZ fornece uma plataforma superior para a modulação neuronal rápida e confiável, ligando o papel causal dos circuitos neurais aos resultados cognitivos e comportamentais."


A DCZ injetada penetrou rapidamente no cérebro dos animais, ligando-se seletivamente e ocupando DREADDs. Além disso, os pesquisadores descobriram que a injeção sistêmica de doses muito baixas de DCZ aumentou a atividade dos neurônios que expressam DREADDs excitatórios em minutos, o que nunca foi alcançado usando atuadores quimiogenéticos previamente projetados, como o CNO.

"A excitabilidade induzida por DCZ foi muito maior do que aquelas induzidas por uma dose 100 vezes alta de atuadores DREADD anteriores, como CNO", disse Minamimoto. "Também mostramos modificação comportamental em macacos com DCZ. Os macacos que expressam DREADDs inibitórios no córtex pré-frontal [exibiram] memória de trabalho prejudicada todas as vezes após a injeção de DCZ. Importante, não encontramos ação fora do alvo, o que significa que nenhuma modulação neuronal / comportamental foi encontrado para tecidos / animais sem receptor DREADD. "
 
O estudo recente realizado por Minamimoto e seus colegas pode ter uma ampla gama de implicações para as aplicações quimiogenéticas. Na verdade, o atuador quimiogenético que eles projetaram supera a maioria das limitações do CNO, agindo de forma rápida, seletiva e eficaz, sem efeitos fora do alvo.

"Acreditamos que todos os usuários do DREADDs receberão grandes benefícios do DCZ com maior confiabilidade, ou seja, removendo as preocupações sobre possíveis respostas fora do alvo", disse Minamimoto. "Junto com a capacidade de monitoramento não invasivo da expressão de DREADDs usando imagens PET, o DCZ fornece uma plataforma superior para a modulação neuronal rápida e confiável, ligando o papel causal dos circuitos neurais aos resultados cognitivos e comportamentais."

Devido à sua confiabilidade e eficácia, o DCZ poderá em breve se tornar amplamente utilizado para conduzir intervenções quimiogenéticas reversíveis. Além de ser altamente confiável e eficaz, o novo atuador tem grande potencial translacional, o que significa que pode ter uma ampla gama de possibilidades de uso. Por exemplo, pode ser usado para controlar a atividade neuronal de pacientes que sofrem de epilepsia com procedimentos minimamente invasivos.

Em seus próximos estudos, Minamimoto e seus colegas gostariam de tentar usar o sistema DREADD / DCZ explorado em seu artigo recente para modificar circuitos cerebrais específicos e populações neuronais geneticamente definidas em macacos.

"Planejamos ajustar o sistema DREADD / DCZ para uma modulação mais específica da função cerebral em macacos", disse Minamimoto. "Por exemplo, a visualização da expressão de DREADD no terminal de axônio combinada com a aplicação de droga local permitirá o controle de um circuito neural específico. Outro exemplo é a expressão específica do tipo de célula (por exemplo, glutamatérgica, dopaminérgica ou etc.) e controle pelo sistema DREADD. "

 

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