New approaches for chemical-genetic targeting of specific circuits and cell types in the mammalian brain
哺乳动物大脑中特定回路和细胞类型的化学遗传靶向新方法
基本信息
- 批准号:10012597
- 负责人:
- 金额:$ 266.69万
- 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:2020-09-01 至 2024-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AcuteAdverse effectsAffinityAllelesAnimal ModelAnimalsAntibioticsBehaviorBehavioralBenchmarkingBindingBlood - brain barrier anatomyBrainBrain DiseasesBrain imagingCRISPR/Cas technologyCellsChemical StructureColorCommunitiesComplexCuesDNA SequenceDataERG geneEarly PromotersElectron MicroscopyElectrophysiology (science)ElementsEnvironmentExocytosisFutureGeneticGenetic RecombinationGenetic TechniquesGenomic DNAGenomicsGoalsHourImageKineticsLabelMammalsMediatingMembrane ProteinsMemoryMethodsMolecular ProfilingMorphologyMusNeuronsNeuropeptidesNeurosciencesNeurotransmittersOpticsOutputPharmaceutical PreparationsPharmacologyPhysiologicalPopulationPropertyProteinsPublishingRecording of previous eventsRegulationReporterResearchRouteSNAP receptorSensorySideStructureSynapsesSystemTamoxifenTechniquesTechnologyTertiary Protein StructureTetracycline ControlTimeTransgenic MiceTrimethoprimViral VectorWorkcDNA Expressioncell typechemical geneticscognitive taskexperienceexperimental studygenetic manipulationgenome editingin vivoinnovationinterestmouse modelnervous system disorderneural circuitnovel strategiesoptical imagingoptogeneticsprotein functionrecombinasereconstructionrecruitrelating to nervous systemresponsesensory inputside effectsmall moleculetoolvesicle-associated membrane proteinvesicular releaseviral DNAvirtual
项目摘要
The goal of this research is to establish new robust methods for manipulation of specific circuits and genetically
defined neuron types in brains of model organisms with small molecules. While several chemical-genetic
techniques are already available, these techniques have drawbacks that limit their utility. Our recent work
demonstrates that these obstacles can be overcome by using a strategy for acute control of function of proteins
of interest (POI) containing destabilizing domains (DD) with the inexpensive commercially available drug, TMP.
This compound efficiently crosses the blood-brain barrier, stabilizes DD-POIs with a rapid time course, and does
not produce undesired side effects by itself. Since DD tags can be attached to virtually any protein, TMP-inducible
stabilization is applicable to a broad spectrum of experimental paradigms. We propose to generate mouse alleles
and viral vectors encoding DD-POI fusions suitable for applications ranging from ultra-structural imaging to
assessment of complex behaviors. We will develop tools for TMP-dependent recombination of DNA and genome
editing (Aim1), acute labeling of behaviorally relevant neuron populations with a reporter compatible with optical
imaging and electron microscopy (Aim2), and cell-type-specific control of neurotransmitter secretion (Aim3). Our
collaborative team will demonstrate the advantages of these techniques by combining genomics, whole brain
imaging, serial electron microscopy, electrophysiology, optogenetics and behavior. New tools will be compared
side-by-side against existing technologies, and then distributed to the neuroscience community. We anticipate
that these efforts will significantly benefit future studies of the normal brain and mechanisms underlying
neurological diseases.
这项研究的目标是建立新的稳健方法来操纵特定电路和基因
用小分子定义了模型生物体大脑中的神经元类型。虽然有一些化学遗传
虽然技术已经可用,但这些技术的缺点限制了它们的实用性。我们最近的工作
表明可以通过使用精确控制蛋白质功能的策略来克服这些障碍
含有不稳定结构域(DD)的感兴趣的(POI)与廉价的市售药物 TMP。
该化合物可有效穿过血脑屏障,快速稳定 DD-POIs,并且
本身不会产生不良副作用。由于 DD 标签几乎可以附着在任何蛋白质上,因此 TMP 诱导
稳定性适用于广泛的实验范式。我们建议生成小鼠等位基因
和编码 DD-POI 融合的病毒载体,适用于从超结构成像到
复杂行为的评估。我们将开发用于 DNA 和基因组的 TMP 依赖性重组的工具
编辑(Aim1),使用与光学兼容的报告器对行为相关的神经元群体进行急性标记
成像和电子显微镜(Aim2),以及神经递质分泌的细胞类型特异性控制(Aim3)。我们的
合作团队将通过结合基因组学、全脑技术来展示这些技术的优势
成像、系列电子显微镜、电生理学、光遗传学和行为。将比较新工具
与现有技术并列,然后分发给神经科学界。我们预计
这些努力将极大地有益于未来对正常大脑及其机制的研究
神经系统疾病。
项目成果
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