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Imaging neuromodulators with high spatiotemporal resolution using genetically encoded indicators.
Nature Protocols ( IF 13.1 ) Pub Date : 2019-11-15 , DOI: 10.1038/s41596-019-0239-2 Tommaso Patriarchi 1, 2 , Jounhong Ryan Cho 3 , Katharina Merten 4 , Aaron Marley 5 , Gerard Joey Broussard 1, 6 , Ruqiang Liang 1 , John Williams 7 , Axel Nimmerjahn 4 , Mark von Zastrow 5 , Viviana Gradinaru 3 , Lin Tian 1
Nature Protocols ( IF 13.1 ) Pub Date : 2019-11-15 , DOI: 10.1038/s41596-019-0239-2 Tommaso Patriarchi 1, 2 , Jounhong Ryan Cho 3 , Katharina Merten 4 , Aaron Marley 5 , Gerard Joey Broussard 1, 6 , Ruqiang Liang 1 , John Williams 7 , Axel Nimmerjahn 4 , Mark von Zastrow 5 , Viviana Gradinaru 3 , Lin Tian 1
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Multiple aspects of neural activity, from neuronal firing to neuromodulator release and signaling, underlie brain function and ultimately shape animal behavior. The recently developed and constantly growing toolbox of genetically encoded sensors for neural activity, including calcium, voltage, neurotransmitter and neuromodulator sensors, allows precise measurement of these signaling events with high spatial and temporal resolution. Here, we describe the engineering, characterization and application of our recently developed dLight1, a suite of genetically encoded dopamine (DA) sensors based on human inert DA receptors. dLight1 offers high molecular specificity, requisite affinity and kinetics and great sensitivity for measuring DA release in vivo. The detailed workflow described in this protocol can be used to systematically characterize and validate dLight1 in increasingly intact biological systems, from cultured cells to acute brain slices to behaving mice. For tool developers, we focus on characterizing five distinct properties of dLight1: dynamic range, affinity, molecular specificity, kinetics and interaction with endogenous signaling; for end users, we provide comprehensive step-by-step instructions for how to leverage fiber photometry and two-photon imaging to measure dLight1 transients in vivo. The instructions provided in this protocol are designed to help laboratory personnel with a broad range of experience (at the graduate or post-graduate level) to develop and utilize novel neuromodulator sensors in vivo, by using dLight1 as a benchmark.
中文翻译：
使用基因编码指标对具有高时空分辨率的神经调节剂进行成像。
神经活动的多个方面，从神经元放电到神经调节剂释放和信号传导，是大脑功能的基础并最终塑造动物行为。最近开发和不断增长的用于神经活动的基因编码传感器工具箱，包括钙、电压、神经递质和神经调节剂传感器，允许以高空间和时间分辨率精确测量这些信号事件。在这里，我们描述了我们最近开发的 dLight1 的工程、表征和应用，这是一套基于人类惰性 DA 受体的基因编码多巴胺 (DA) 传感器。dLight1 为测量体内 DA 释放提供了高分子特异性、必要的亲和力和动力学以及高灵敏度。本协议中描述的详细工作流程可用于系统地表征和验证日益完整的生物系统中的 dLight1，从培养细胞到急性脑切片再到行为小鼠。对于工具开发人员，我们专注于表征 dLight1 的五个不同特性：动态范围、亲和力、分子特异性、动力学和与内源性信号传导的相互作用；对于最终用户，我们提供了有关如何利用光纤光度法和双光子成像来测量体内 dLight1 瞬变的全面的分步说明。本协议中提供的说明旨在帮助具有广泛经验的实验室人员（在研究生或研究生水平）通过使用 dLight1 作为基准来开发和利用体内新型神经调节器传感器。
更新日期：2019-11-17
中文翻译：
使用基因编码指标对具有高时空分辨率的神经调节剂进行成像。
神经活动的多个方面，从神经元放电到神经调节剂释放和信号传导，是大脑功能的基础并最终塑造动物行为。最近开发和不断增长的用于神经活动的基因编码传感器工具箱，包括钙、电压、神经递质和神经调节剂传感器，允许以高空间和时间分辨率精确测量这些信号事件。在这里，我们描述了我们最近开发的 dLight1 的工程、表征和应用，这是一套基于人类惰性 DA 受体的基因编码多巴胺 (DA) 传感器。dLight1 为测量体内 DA 释放提供了高分子特异性、必要的亲和力和动力学以及高灵敏度。本协议中描述的详细工作流程可用于系统地表征和验证日益完整的生物系统中的 dLight1，从培养细胞到急性脑切片再到行为小鼠。对于工具开发人员，我们专注于表征 dLight1 的五个不同特性：动态范围、亲和力、分子特异性、动力学和与内源性信号传导的相互作用；对于最终用户，我们提供了有关如何利用光纤光度法和双光子成像来测量体内 dLight1 瞬变的全面的分步说明。本协议中提供的说明旨在帮助具有广泛经验的实验室人员（在研究生或研究生水平）通过使用 dLight1 作为基准来开发和利用体内新型神经调节器传感器。
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