Adaptacyjna odpowiedź sygnalizacyjna cyklazy adenylowej (AC) znana jako heterologiczna lub super-uczulenie została po raz pierwszy odkryta w laboratorium laureata Nagrody Nobla, dr Marshalla Nirenberga. Dr Nirenberg zaproponował, że obserwowana zwiększona reakcja AC po przewlekłej aktywacji receptora opioidowego δ była mechanizmem związanym z tolerancją i uzależnieniem od opiatów1. Oprócz przewlekłej aktywacji receptora opioidowego δ, ta neuroadaptacyjna odpowiedź sygnalizacji AC występuje również po trwałej aktywacji kilku innych receptorów sprzężonych z Gαi/o2. Warto zauważyć, że wiele z tych receptorów jest związanych z bólem, zaburzeniami neuropsychiatrycznymi i neurologicznymi i obejmują opioid μ/κ, dopaminę D2/4, 5HT1A i receptory muskarynoweM2/4 2. Oprócz odkryć dr Nirenberga, istnieje wiele dowodów łączących uwrażliwienie na sygnalizację AC z przewlekłą aktywacją receptorów opioidowych zarówno in vitro, jak i in vivo3-7. Uczulenie na AC jest również związane z różnymi chorobami obejmującymi receptory dopaminowe podobne doD2, w tym ze schizofrenią i chorobą Parkinsona (przegląd patrz odniesienie2). Pomimo potencjalnego znaczenia uczulenia, dokładny mechanizm (mechanizmy) związany z trwałą aktywacją receptora sprzężonego z Gαi/o, która prowadzi do zwiększonej odpowiedzi na prąd przemienny, pozostaje w dużej mierze nieznany.
Te badania dostarczają uzasadnienia do zbadania mechanizmów uwrażliwienia cyklazy adenylowej jako ważnego celu neurobiologicznego. Podobnie, należy również uznać fizjologiczne znaczenie sygnalizacji AC8 oraz znaczenie, jakie poszczególne izoformy AC odgrywają w tej odpowiedzi adaptacyjnej2,9,10. W kontekście naszych badań, ogólne cechy związane z heterologicznym uczuleniem rekombinowanych izoform AC są równoległe do cech opisanych dla badania endogennych izoform AC. W szczególności wcześniejsze badania wykazały, że aktywacja białek Gαi / o, a następnie uwalnianie / rearanżacja podjednostek βγ są ważnymi wymaganiami dla indukowanej receptorem uczulenia wszystkich izoform AC. Ponadto kilka badań sugeruje, że sygnalizacja z kinaz białkowych i podjednostek Gβγ jest zaangażowana w uczulenie2,11-13. Poszczególne AC wykazują również unikalne i wyraźne wzorce uczulania12. Na przykład utrzymująca się ekspozycja receptorów D2 na agonistów wiąże się z uczuleniem AC1 i AC8 na stymulację Ca2 + / kalmoduliną14,15, podczas gdy blisko spokrewniony AC3 nie jest uczulony2. AC2, AC4 i AC7 są blisko spokrewnione, jednak tylko stymulowana przez PKC aktywność AC2 jest silnie uwrażliwiona po długotrwałej ekspozycji receptorów D2 na agonistów7,14,16,17. Dodatkowo, AC5 i AC6 wykazują wyraźny stopień heterologicznego uczulenia na akumulację cAMP stymulowaną gazem i forskoliną po aktywacji receptorów D2 14,18-20, ale wydają się różnić pod względem wymagań dotyczących interakcji podjednostki Gβγ z AC21. Chociaż większość badań nad uczuleniem na prąd przemienny wykorzystywała modelowe linie komórkowe (np. komórki HEK293 wykazujące ekspresję poszczególnych izoform AC), wydaje się, że wyniki te przekładają się na natywne modele komórek neuronalnych4,22. Ostatnio efekty selektywnych inhibitorów małych cząsteczek izoform AC zidentyfikowanych w komórkach HEK293 eksprymujących izoformy AC można również przełożyć na badania behawioralne in vivo 23.
Brak zidentyfikowanego molekularnego mechanizmu heterologicznego uczulenia prawdopodobnie odzwierciedla złożoność odpowiedzi adaptacyjnej, jak również unikalne właściwości regulacyjne poszczególnych izoform AC12. Rozwikłanie takiej złożoności jest dodatkowo skomplikowane ze względu na zastosowanie uciążliwej metodologii, która ograniczyła badaczy akademickich w stosowaniu bezstronnych podejść. Na przykład nasze poprzednie badania mechanistyczne obejmowały wykorzystanie modeli komórkowych hodowanych w sposób ciągły przy użyciu 24- i 48-dołkowych kultur tkankowychw formacie 15. Hodowane komórki były zwykle hodowane przez 48 godzin, a następnie poddawane agonistycznemu leczeniu farmakologicznemu (2-18 godzin), po którym następowała seria płukania komórek i inkubacji (ryc. 1). Następnie zastosowano protokoły akumulacji cAMP specyficzne dla izoformy AC, a następnie dokonano pomiaru akumulacji cAMP przy użyciu pracochłonnej i czasochłonnej metodologii wiązania [3H]cAMP15,24. Czas trwania od początku do końca każdego testu wymagał na ogół od czterech do pięciu dni od posiewu komórek do analizy danych (ryc. 1). Zastosowanie nowych technologii i automatyzacji doprowadziło do znacznego ulepszenia badań nad uczuleniem w warunkach przemysłowych i ośrodków HTS. Na przykład grupa współpracująca z National Center for Chemical Genomics poinformowała o dwudniowej procedurze testu HTS w celu identyfikacji małocząsteczkowych inhibitorów μ uczulenia wywołanego receptorem opioidowym w formacie 1536-dołkowym25.
Niniejszy artykuł opisuje nasze wysiłki zmierzające do opracowania testu HTS do badań nad heterologicznym uczulenictwem przy użyciu technologii, które są dostępne w większości akademickich instytucji badawczych. Strategia ta została osiągnięta poprzez włączenie kriokonserwowanych komórek z modeli komórkowych heterologicznie eksprymujących receptor dopaminyD2 w połączeniu z endogennymi lub indywidualnymi rekombinowanymi izoformami cyklazy adenylowej (CHO-D2L lub HEK-AC6 / D2L). Aby poprawić naszą przepustowość, przeprojektowaliśmy nasz 48-dołkowy test uwrażliwiający (ok. >20 kroków w ciągu 4-5 dni) na pięcioetapowy, jednodniowy test w formacie 384-dołkowym, który był zasadniczo "wymieszaj i przeczytaj". Nowy format wykorzystuje dostępny na rynku test jednorodnej fluorescencji rozdzielczej w czasie (HTRF) do pomiaru akumulacji cAMP w nienaruszonych komórkach za pomocą wielomodowego czytnika płytek. Test jest solidny i podatny na badania przesiewowe małych cząsteczek i może być skutecznie stosowany do badań przesiewowych w kierunku inhibitorów uczulenia heterologicznego. Ponadto dostarczamy dane, które pozwalają na zastosowanie tego testu z odwrotną transfekcją siRNA do celowanych lub obejmujących cały genom badań przesiewowych biblioteki siRNA z niewielkimi modyfikacjami podejścia ogólnego.