Multiplex Imaging of Brain Activity and Plasticity with Optimized FRET/FLIM-based Sensors

使用基于 FRET/FLIM 的优化传感器对大脑活动和可塑性进行多重成像

基本信息

  • 批准号:
    10516813
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 115.96万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-01-01 至 2026-12-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary Plasticity is a fundamental aspect of neuronal circuits across all species. It is at the base of learning and memory, sensory adaption, and many disease-related processes such as addiction, chronic pain or regeneration. On the molecular level biochemical mechanisms have been well described, but little is known on how these are coordinated in space and time within neuronal circuits of living brains. To elucidate the circuit operation of plasticity in vivo we here propose to develop and validate highly sensitive, red FRET/FLIM sensors for simultaneous use with green calcium sensors, allowing imaging of neuronal calcium activity and biochemical signaling dynamics in individual synapses and neuronal populations. We will focus on plasticity-linked biochemical events involved in synaptic plasticity and spine morphogenesis. FRET/FLIM sensors will allow for the accurate measurement of small changes, even in the presence of brain movement during behavior. In aim 1, we will develop highly sensitive red-emitting FRET/FLIM sensors using mammalian cell based protein libraries and structurally-guided large scale screening. Aim 2 will involve validation of sensors ex vivo and in vivo. Finally, sensors will be validated for use in studies on synaptic and neuronal plasticity during spatial navigation tasks in awake mice. We plan for iterative cycles of improvements in which input from biophysical analysis of sensors, validation in slices and in vivo and feed-back from early roll-out users with different animal models will be used to create successive sensor generations with ever increasing performance. Combined in vivo 2P FRET/FLIM of plasticity and 2P fluorescence imaging of calcium activity will provide a powerful new approach to study synaptic and neuronal plasticity in living organisms.
项目概要 可塑性是所有物种神经元回路的一个基本方面。它位于 学习和记忆、感觉适应以及许多与疾病相关的过程,例如成瘾、 慢性疼痛或再生。在分子水平上生化机制已得到很好的阐明 描述过,但人们对它们如何在神经元内的空间和时间上进行协调知之甚少 活体大脑的回路。为了阐明体内可塑性的电路运作,我们在这里建议 开发并验证可与绿色同时使用的高灵敏度红色 FRET/FLIM 传感器 钙传感器,可对神经元钙活动和生化信号进行成像 个体突触和神经元群体的动态。我们将重点关注与可塑性相关的 涉及突触可塑性和脊柱形态发生的生化事件。 FRET/FLIM 传感器 即使在大脑存在的情况下,也可以准确测量微小的变化 行为过程中的运动。在目标1中,我们将开发高灵敏度的红光FRET/FLIM 使用基于哺乳动物细胞的蛋白质库和结构引导的大规模传感器 筛选。目标 2 将涉及传感器的离体和体内验证。最后,传感器将 经验证可用于空间导航任务期间突触和神经元可塑性的研究 醒着的老鼠。我们计划迭代​​改进周期,其中生物物理分析的输入 传感器的数量、切片和体内验证以及早期推出用户的反馈 动物模型将用于创建连续几代传感器,并且数量不断增加 表现。结合体内可塑性 2P FRET/FLIM 和 2P 荧光成像 钙活性将为研究突触和神经元可塑性提供强大的新方法 活的有机体。

项目成果

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