Fluorescent Indicators for Imaging Synaptic Zinc in Cortical Sound Processing

用于皮质声音处理中突触锌成像的荧光指示剂

基本信息

  • 批准号:
    10599603
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 68.42万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-30 至 2026-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Abstract Although the importance of synaptic Zn2+, as an emerging neuromodulator throughout the brain, has been widely appreciated, the dynamics of synaptic Zn2+ release in response to naturally occurring stimuli remains largely elusive. Genetically encoded Zn2+ indicators (GEZIs) derived from fluorescent proteins are popular tools for imaging Zn2+ in the cytosol and intracellular organelles. However, fluorescence imaging of Zn2+ secretion in the brain in live animals has not yet been achieved due to the limitations of current GEZIs (e.g., insufficient extracellular membrane localization, mismatching affinity, and/or inadequate dynamic range and photostability). This interdisciplinary multi-PI 4-year R01 project, led by Dr. Huiwang Ai with expertise in genetically encoded indicators and fluorescence imaging and Dr. Thanos Tzounopoulos with expertise in studying the role of Zn2+ in auditory processing, aims to (1) develop a new generation of GEZIs to address the hurdles for imaging secreted Zn2+ in the brain in vivo, and (2) integrate the new GEZIs with our innovative ZnT3 cKO mice, which, for the first time, allow for Cre-dependent expression of exogenous genes in ZnT3-expressing neurons and Dre-dependent region- and cell type-specific conditional ZnT3 gene knockout, to identify the cell- and circuit-specificity of Zn2+ dynamics that shape cortical sound processing. The project will lead to a novel capability of imaging synaptically released Zn2+ in the brain in awake behaving animals. Our innovative strategy to optimize the exoplasmic location of GEZIs may be generalized to enhance other genetically encoded indicators. Furthermore, because synaptic Zn2+ is a potent modulator throughout the cortex, our findings on Zn2+ dynamics in the primary auditory cortex (A1) during sound processing will improve the understanding of the roles of synaptic Zn2+ in cortical information processing beyond sensory cortices. We expect our studies to catalyze an extensive array of studies on Zn2+-related neurobiology and neurological diseases.
抽象的 尽管突触 Zn2+ 作为整个大脑中新兴的神经调节剂的重要性已被广泛认识到。 众所周知,响应自然发生的刺激的突触 Zn2+ 释放动态在很大程度上仍然存在 难以捉摸。源自荧光蛋白的基因编码 Zn2+ 指示剂 (GEZI) 是流行的工具 对细胞质和细胞内细胞器中的 Zn2+ 进行成像。然而,Zn2+分泌的荧光成像 由于当前 GEZIs 的局限性(例如,不足),活体动物大脑尚未实现 细胞外膜定位、亲和力不匹配和/或动态范围和光稳定性不足)。 这个跨学科、多 PI 为期 4 年的 R01 项目,由具有基因编码专业知识的艾辉旺博士领导 指标和荧光成像以及 Thanos Tzounopoulos 博士在研究 Zn2+ 在 听觉处理,旨在 (1) 开发新一代 GEZI 以解决分泌成像的障碍 体内大脑中的 Zn2+,以及 (2) 将新的 GEZIs 与我们创新的 ZnT3 cKO 小鼠相结合,这是第一个 时间,允许表达 ZnT3 的神经元中外源基因的 Cre 依赖性表达和 Dre 依赖性 区域和细胞类型特异性条件 ZnT3 基因敲除,以确定 Zn2+ 的细胞和电路特异性 塑造皮质声音处理的动力学。 该项目将带来一种新的能力,可以对清醒时大脑中突触释放的 Zn2+ 进行成像 动物。我们优化 GEZIs 外质位置的创新策略可以推广到增强 其他基因编码指标。此外,由于突触 Zn2+ 是整个过程中的有效调节剂 皮层,我们对声音处理过程中初级听觉皮层 (A1) 中 Zn2+ 动态的研究结果将会改善 了解突触 Zn2+ 在感觉皮层以外的皮层信息处理中的作用。我们 期望我们的研究能够促进 Zn2+ 相关神经生物学和神经病学的广泛研究 疾病。

项目成果

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