Computationally Driven Design of De Novo Genetically Encoded Voltage Indicators

De Novo 基因编码电压指示器的计算驱动设计

基本信息

  • 批准号:
    10556358
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.59万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2023-05-15
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY: Simultaneous optical monitoring of the electrical activity of hundreds of neurons with single-cell fidelity comparable to whole-cell patch clamp electrophysiology would enable recording of the circuit-level activity that gives rise to affect, behavior, and cognition and would drive novel insights into the network dysregulation underlying psychiatric and neurological disorders. Therefore, enormous effort has been expended on designing genetically encoded voltage indicators (GEVIs), cell-type specific protein reporters that transduce changes in membrane potential as a fluorescent signal. Large-scale adoption of GEVIs is dependent on them possessing the brightness, voltage-sensitivity, and temporal resolution to allow for the in vivo recording of high frequency bursts, the monitoring of sub-threshold voltage dynamics, and the accurate reconstruction of action potential waveforms. Current GEVIs, such as those constructed from archaerhodopsin, do not possess all these desired properties and are intrinsically limited in their temporal resolution due to their reliance on structural rearrangements for signal transduction. We propose the construction of high temporal resolution GEVIs by leveraging validated methods in computational de novo protein design to produce transmembrane helical bundle proteins that bind a near-infrared fluorescent, mammalian-endogenous biliverdin chromophore. Proper positioning of biliverdin within the protein will allow for optical voltage-reporting by the Stark effect, an intrinsically voltage-sensitive phenomenon wherein an electric field acting upon a chromophore causes sub- picosecond changes in fluorescence by altering absorbance. This work will produce near-infrared fluorescent, high temporal resolution voltage probes permitting new insights into the circuit-level physiology underlying the complex phenotypes seen in the normal and diseased brain.
项目摘要: 同时对具有单细胞保真度的数百个神经元的电活动进行光学监测 与全细胞贴片夹电生理学相当,可以记录电路级活动 引起情感,行为和认知,并将推动对网络失调的新见解 潜在的精神病和神经系统疾病。因此,已经花费了巨大的努力 遗传编码的电压指标(GEVI),细胞类型的特异性蛋白报道器,这些蛋白报道器会导致变化的变化 膜电位作为荧光信号。 Gevis的大规模采用取决于他们拥有 亮度,电压敏感性和时间分辨率,以允许体内记录高频 爆发,监视亚阈值电压动力学以及准确重建动作电位 波形。当前的Gevis,例如由Archaerhopopsin构建的Gevis,并不拥有所有这些所需的 属性,由于其依赖结构而在时间分辨率上本质上受到限制 信号转导的重排。我们建议通过 利用从头蛋白质设计中的经过验证的方法生成跨膜螺旋 结合近红外荧光,哺乳动物 - 内源性双膜蛋白发色团的束蛋白。恰当的 蛋白质中双脂蛋白的定位将允许光学 通过Stark效应进行电压报告, 本质上对电压敏感现象,其中作用在发色团上的电场会导致亚 荧光通过改变吸光度的荧光变化。这项工作将产生近红外荧光, 高时间分辨率电压探测允许对电路级生理学的新见解 在正常和患病的大脑中看到的复杂表型。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Can the lack of fibrillar form of alpha-synuclein in Lewy bodies be explained by its catalytic activity?
  • DOI:
    10.1016/j.mbs.2021.108754
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Kuznetsov IA;Kuznetsov AV
  • 通讯作者:
    Kuznetsov AV
Modeling tau transport in the axon initial segment.
  • DOI:
    10.1016/j.mbs.2020.108468
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Kuznetsov IA;Kuznetsov AV
  • 通讯作者:
    Kuznetsov AV
An analytical solution simulating growth of Lewy bodies.
模拟路易体生长的解析解。
Bidirectional, unlike unidirectional transport, allows transporting axonal cargos against their concentration gradient.
与单向运输不同,双向运输允许逆着浓度梯度运输轴突货物。
  • DOI:
    10.1016/j.jtbi.2022.111161
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Kuznetsov,IvanA;Kuznetsov,AndreyV
  • 通讯作者:
    Kuznetsov,AndreyV
共 5 条
  • 1
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