Optical recording of action potentials in mammalian neurons using a microbial rhodopsin.
Optical recording of action potentials in mammalian neurons using a microbial rhodopsin.
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DOI：
10.1038/nmeth.1782
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发表时间：
2011-11-27
期刊：
影响因子：
48
通讯作者：
Cohen, Adam E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kralj, Joel M.;Douglass, Adam D.;Hochbaum, Daniel R.;Maclaurin, Dougal;Cohen, Adam E.
哺乳动物神经元中单个动作电位的可靠光学检测一直是神经科学中存在时间最长的挑战之一。在这里，我们实现了这一目标，通过使用内源性荧光的微生物视紫红质蛋白，古视紫红质3（拱）从Halorubrum sodomense，在培养的大鼠海马神经元中表达。这种基因编码的电压指示剂在灵敏度和速度方面比现有的基于蛋白质的电压指示剂提高了约10倍，在−150 mV和+150 mV之间的亮度大致线性增加了两倍，响应时间为亚毫秒。Arch检测到单个电触发动作电位，光学信噪比> 10。突变体Arch（D95 N）缺乏内源性质子泵，显示出比野生型高50%的灵敏度，但反应较慢（41 ms）。尽管如此，Arch（D95N）也解决了个体动作电位。基于微生物视紫红质的电压指示器有望实现复杂神经回路的光学询问，以及基于电极的技术具有挑战性的系统中的电生理学。
Reliable optical detection of single action potentials in mammalian neurons has been one of the longest-standing challenges in neuroscience. Here we achieve this goal by using the endogenous fluorescence of a microbial rhodopsin protein, Archaerhodopsin 3 (Arch) from Halorubrum sodomense, expressed in cultured rat hippocampal neurons. This genetically encoded voltage indicator exhibited an approximately 10-fold improvement in sensitivity and speed over existing protein-based voltage indicators, with a roughly linear two-fold increase in brightness between −150 mV and +150 mV and a sub-millisecond response time. Arch detected single electrically triggered action potentials with an optical signal-to-noise ratio > 10. The mutant Arch(D95N) lacked endogenous proton pumping and showed 50% greater sensitivity than wild-type, but had a slower response (41 ms). Nonetheless, Arch(D95N) also resolved individual action potentials. Microbial rhodopsin-based voltage indicators promise to enable optical interrogation of complex neural circuits, and electrophysiology in systems for which electrode-based techniques are challenging.
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DOI：
10.1523/jneurosci.1240-09.2009
发表时间：
2009-07-22
期刊：
The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience
影响因子：
--
作者：
Bradley J;Luo R;Otis TS;DiGregorio DA
通讯作者：
DiGregorio DA
影响因子：
13.9
作者：
Fenno L;Yizhar O;Deisseroth K
通讯作者：
Deisseroth K
DOI：
10.1098/rstb.2009.0084
发表时间：
2009-09-12
影响因子：
6.3
作者：
Homma, Ryota;Baker, Bradley J.;Zecevic, Dejan
通讯作者：
Zecevic, Dejan
影响因子：
5.3
作者：
Sjulson, Lucas;Miesenbock, Gero
通讯作者：
Miesenbock, Gero
影响因子：
25
作者：
Boyden, ES;Zhang, F;Deisseroth, K
通讯作者：
Deisseroth, K