ESCAPE 可实现对 GPCR 信号传导的受体特异性化学遗传学解析

《Cell Chemical Biology》：ESCAPE enables receptor-specific chemogenetic dissection of GPCR signaling

意义

使用靶向特异性抑制剂的逆向化学遗传学方法是阐明G蛋白偶联受体（GPCRs）在活细胞和动物中生理功能强大工具。然而，即使是高度选择性的抑制剂也无法排除潜在脱靶效应的可能性，这凸显了仔细评估靶向特异性的必要性。基因敲除等遗传学方法具有高度靶向特异性。然而，这些方法往往缺乏时间控制，并可能引起代偿性适应。因此，结合药理学时间精度与遗传学靶向特异性的策略有望克服这些缺点。在此，我们提出了ESCAPE（纯粹由内源性配体激活的胞外环交换嵌合体），这是一种化学遗传学平台，能够实现对GPCR信号通路的急性、高选择性探究，同时最大程度地减少脱靶效应。通过对参与拮抗剂识别的胞外环进行工程改造，ESCAPE保留了内源性配体的激活能力，同时选择性消除对抗剂敏感性。以腺苷A_2A受体（A_2AR）为概念验证模型，我们展示了ESCAPE能够识别A_2AR信号在神经元样细胞缺氧诱导神经突起生长中的作用，同时最大程度地减少脱靶效应。我们的结果进一步揭示，在这些细胞中，腺苷与神经生长因子（NGF）信号通路独立且呈加性作用。我们进一步将该策略扩展到A_2BR和5-HT_2AR，证明其在不同A类GPCR中的适用性。此外，我们证明ESCAPE在生理性受体表达水平下仍保持功能，凸显了其在研究内源性受体功能方面的潜力。总之，这些发现确立了ESCAPE作为一个广泛适用的化学遗传学平台，用于阐明GPCR功能，同时最大程度地减少脱靶干扰。

亮点

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ESCAPE实现无脱靶效应的GPCR功能化学遗传学探究

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ESCAPE-A_2AR揭示A_2AR依赖的缺氧诱导神经突起生长

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ESCAPE在包括5-HT_2AR在内的A类GPCR中具有通用性

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ESCAPE可在生理表达水平下探究内源性GPCR

摘要

G蛋白偶联受体（GPCRs）是细胞过程的重要介质，其功能障碍与多种疾病相关。尽管药理学方法在阐明GPCR功能方面非常强大，但仔细考虑潜在的脱靶效应仍然至关重要。在此，我们提出了一种无脱靶效应的化学遗传学平台，用于解析靶GPCR的生理功能。作为概念验证，我们重点关注了腺苷A_2A受体（A_2AR），这是一种参与神经退行性疾病的相关GPCR。利用A_2AR的配体识别机制，我们设计了一对突出的化学遗传学工具，包括一种经临床验证的A_2AR拮抗剂和一种经过工程改造的A_2AR突变体，后者对拮抗剂不敏感但仍保留对腺苷的响应。利用这对工具，我们揭示了A_2AR在神经元样细胞缺氧条件下神经突起生长中的关键作用，同时避免了潜在的脱靶效应。此外，我们证明了这种化学遗传学方法在其他A类GPCR中的通用性，为受体特异性解析GPCR信号通路提供了一个多用途平台。

图形摘要