分享一篇發表在Science上的文章，題目為“In vivo multiplex imaging of dynamic neurochemical networks with designed far-red dopamine sensors”，通訊作者是來自北京大學的李毓龍教授，其研究方向是神經元突觸的成像探針的開發和突觸傳遞的機制研究。
多巴胺 （DA） 是最重要的神經調節劑之一，解碼這些網絡對于理解行為和相關疾病背后的神經機制至關重要。然而，目前的基因編碼傳感器僅限于綠色和紅色光譜，阻礙了多個神經化學信號在同一時間進行實時檢測，因此迫切需要擴大神經調節器傳感器的光譜范圍，包括遠紅外和近紅外波長（即 >650 nm）。
為了實現以上需求，本文作者通過將 cpHaloTag 化學染料方法與基于G蛋白偶聯受體激活（GRAB）的策略相結合，從而創建了 HaloDA1.0。HaloDA1.0 利用其遠紅波長，通過與現有的綠色和紅色傳感器相結合，為同時監測三種神經化學物質提供了機會。
具體來說，HaloDA1.0的設計類似Ca離子傳感器，首先作者選擇了一個具有優越的膜轉運特性的DA受體蛋白D1A，在其上偶聯一個cpHaloTag蛋白，用于遠紅外羅丹明染料分子的偶聯。DA結合D1A后會導致D1A的構象變化進而驅動cpHaloTag上熒光分子構象變化，進而導致熒光增加。作者通過系統性優化cpHaloTag 和 D1R 中的 cpHaloTag 插入位點、接頭序列和關鍵殘基，篩選出了相應最高的變異，即HaloDA1.0。
后續作者驗證了HaloDA1.0的劑量反應曲線、響應動力學以及對下游信號通路的耦合情況。證明了HaloDA1.0對多巴胺具有高靈敏度和特異性，且無明顯的下游信號激活。之后作者強調其遠紅外傳感器的優勢在于和綠色，紅色傳感器結合使用，可以同時檢測三種神經化學物質。作者在細胞，神經元，急性腦切片，斑馬魚幼體和活體小鼠上都進行了相應的實驗。以活體小鼠為例，作者在 D1R-Cre 小鼠的 NAc 中病毒共表達 HaloDA1.0、rACh1h 和綠色熒光 cAMP 傳感器 DIO-GFlamp2，實現了同時監測小鼠 NAc 中的 DA、ACh 和 cAMP 動力學。
總的來說，本文開發了化學遺傳遠紅 DA 傳感器 HaloDA1.0，適用于體外和體內應用，可用于同時實時測量多個神經化學信號。
本文作者：YDP
責任編輯：LYC
DOI：10.1126/science.adt7705
原文鏈接：https://doi.org/10.1126/science.adt7705
