Two-photon optogenetic toolbox for fast inhibition, excitation and bistable modulation.
Two-photon optogenetic toolbox for fast inhibition, excitation and bistable modulation.
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DOI：
10.1038/nmeth.2215
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发表时间：
2012-12
期刊：
影响因子：
48
通讯作者：
Deisseroth K
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Prakash R;Yizhar O;Grewe B;Ramakrishnan C;Wang N;Goshen I;Packer AM;Peterka DS;Yuste R;Schnitzer MJ;Deisseroth K
光遗传学与微生物视蛋白基因使高速控制遗传指定细胞群在完整的组织。然而，在基因靶向人群中独立控制细胞亚群仍然是一个挑战。虽然使用双光子激光扫描显微镜（TPLSM）硬件可以实现靶分子的空间精确激发，但双光子激发和光遗传学的集成迄今为止还需要专门的设备或扫描，尚未被广泛采用。在这里，我们采用一种互补的方法，开发具有自定义动力学，表达和光谱特性的视蛋白，独特地适合于TPLSM实验室中普遍存在的典型光栅方法的扫描时间。我们使用一系列培养、切片和哺乳动物体内制剂来展示该工具箱的多功能性，并定量地绘制参数空间以实现快速激发、抑制和双稳态控制。总之，这些进步可能有助于在实验领域和系统中广泛采用集成光遗传和TPLSM技术。
Optogenetics with microbial opsin genes has enabled high-speed control of genetically specified cell populations in intact tissue. However, it remains a challenge to independently control subsets of cells within the genetically targeted population. Although spatially precise excitation of target molecules can be achieved using two-photon laser-scanning microscopy (TPLSM) hardware, the integration of two-photon excitation with optogenetics has thus far required specialized equipment or scanning and has not yet been widely adopted. Here we take a complementary approach, developing opsins with custom kinetic, expression and spectral properties uniquely suited to scan times typical of the raster approach that is ubiquitous in TPLSM laboratories. We use a range of culture, slice and mammalian in vivo preparations to demonstrate the versatility of this toolbox, and we quantitatively map parameter space for fast excitation, inhibition and bistable control. Together these advances may help enable broad adoption of integrated optogenetic and TPLSM technologies across experimental fields and systems.
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