遺伝的にコードされた高輝度近赤外蛍光電圧インジケーターの工学的設計

遺伝的にコードされた電圧インジケーター（GEVI）は、細胞型特異的なニューロン膜電位ダイナミクスのリアルタイムイメージングを可能にし、細胞レベルおよび回路レベルの両方でニューロン情報処理を理解するために不可欠です。GEVIの中でも、近赤外シフト型GEVIは、より高速なキネティクス、優れた組織浸透性、およびオプトジェネティクスツールとの互換性を提供し、複雑な生物学的コンテキストにおける全光学的電気生理学を実現します。我々の以前の研究では、哺乳類細胞における微生物ロドプシンArchaerhodopsin-3（Arch-3）の指向性分子進化を用いて、Archon1と呼ばれる電圧センサーを開発しました。Archon1は、優れた膜局在性、信号対雑音比（SNR）、感度、キネティクス、光安定性を示し、オプトジェネティクスツールとの完全な互換性を有しています。しかしながら、Archon1は輝度が低く、高い照射強度を必要とするため、長時間のイメージング中に組織の加熱や光毒性が生じます。本研究では、この電圧センサーの輝度向上を目指しました。高輝度Archon派生体にランダム変異を導入し、満足のいく電圧感度（4~5% ΔF/F_AP）とArchon1と比較して9倍の基底輝度向上を示す新規変異体monArchを同定しました。しかしながら、最適でない膜局在性と低下した電圧感度が課題です。これらの課題は、ロドプシンベースの電圧センサーにおける輝度、安定性、機能性の最適なバランスを達成するための継続的な最適化の必要性を示しています。

‍