$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Receptory projektanta aktywowane wyłącznie przez (DREADD) to zmodyfikowane receptory sprzężone z białkiem G, które mogą być selektywnie aktywowane przez obojętne syntetyczne ligandy1. Podejście chemogenetyczne stało się podstawowym narzędziem w neurobiologii, umożliwiając naukowcom badanie połączeń obwodów neuronowych z dużą precyzją i zwiększając nasze zrozumienie funkcji komórkowych zarówno in vivo, jak i in vitro poprzez selektywną aktywację lub hamowanie określonych regionów mózgu lub typów komórek2,3.
Terapia oparta na komórkach macierzystych stanowi obiecującą strategię leczenia chorób neurodegeneracyjnych. Skuteczność przeszczepionych komórek zależy od prawidłowej integracji, przeżycia i funkcjonalnego wkładu w tkanki gospodarza. Niekontrolowana aktywność komórkowa może prowadzić do negatywnych konsekwencji, w tym nowotworzenia4; co wymaga precyzyjnej kontroli tych komórek po przeszczepie. Wykorzystanie technologii DREADD w ludzkich przeprogramowanych komórkach macierzystych i pochodnych neuronach zapewnia środki do precyzyjnej kontroli aktywności neuronalnej poprzez podawanie CNO2,5. W kontekście choroby Parkinsona (PD), która charakteryzuje się utratą neuronów dopaminergicznych, manipulowanie aktywnością neuronów dopaminergicznych pochodzących z komórek macierzystych ma kluczowe znaczenie dla badania ich danych synaptycznych i wzorców projekcji w modelach gryzoni6,7,8,9,10. Włączenie pobudzających receptorów hM3Dq i hamujących hM4Di do tych modeli umożliwia precyzyjną modulację aktywności neuronalnej11,12.
Połączenie ocen behawioralnych zwierząt i zapisów elektrofizjologicznych pozwala na kompleksową ocenę wpływu modulacji chemogenetycznej na przeszczepione komórki in vivo13. Oceny behawioralne, w tym rotacja wywołana apomorfiną, test cylindra i test rotarod, oceniają koordynację ruchową i dostarczają wglądu w zmiany w funkcjach motorycznych związane z eksperymentalnymi modelami PD14. Techniki elektrofizjologiczne, takie jak zapisy patch-clamp, umożliwiają monitorowanie w czasie rzeczywistym odpowiedzi synaptycznych i potencjałów czynnościowych, zapewniając kompleksowy wgląd w to, jak przeszczepione komórki integrują się z istniejącymi sieciami neuronowymi15. Łącząc oceny behawioralne z ocenami elektrofizjologicznymi, możemy zbadać, w jaki sposób modulacja chemogenetyczna wpływa na integrację i funkcjonalność tych komórek w obwodach nerwowych gospodarza16. Wstępne wyniki sugerują, że podawanie CNO skutecznie moduluje aktywność neuronalną w przeszczepionych komórkach, co skutkuje lepszymi wynikami funkcjonalnymi w modelach zwierzęcych.
W tym protokole, ludzkie przeprogramowane komórki macierzyste zostały zaprojektowane tak, aby wyrażały receptory hM3Dq lub hM4Di za pomocą technologii CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats). Po różnicowaniu zmodyfikowanych, przeprogramowanych komórek macierzystych w dopaminergiczne komórki prekursorowe śródmózgowia, komórki te przeszczepiono do mysich modeli PD w celu oceny ich integracji i regulacji funkcjonalnej w obwodach nerwowych gospodarza przy użyciu ocen behawioralnych i zapisów elektrofizjologicznych.