多波長オプトジェネティクスのためのカラーチューニングチャネルロドプシン

ChannelRhodopsin-2は、光誘発イオンチャネルであり、オプト遺伝学の主要なツールです。青色光を介してニューロン活動を制御するために使用されます。ここでは、Chlamydomonas channelrhodopsin-1およびVolvox channelrhodopsin-1のキメラに基づいた、カラーチューニング高効率のチャネルホドプシン（CHRS）の構築について説明します。これらのバリアントは、優れた発現と原形質膜の統合を示し、チャネルロドプシン-2と比較してHEK細胞で3倍大きな光電流をもたらします。さらなる分子工学により、526〜545 nmの範囲の吸収最大値を持つキメラバリアントが生まれ、461〜492 nmの範囲のChannelrhodopsin-2誘導体の最大値とよく溶け込みました。追加の速度論的微調整は、オープン状態の寿命が19 msから5秒の範囲である派生物をもたらしました。最後に、緑色と青吸収バリアントを組み合わせることで、560および405 nmで2つの異なる神経細胞集団の独立した活性化が可能になりました。チャネルロドプシンバリアントのこの新しいパネルは、神経回路におけるデュアルカラー細胞刺激の重要なツールキット要素として機能する可能性があります。

Channelrhodopsin-2 is a light-gated ion channel and a major tool of optogenetics. It is used to control neuronal activity via blue light. Here we describe the construction of color-tuned high efficiency channelrhodopsins (ChRs), based on chimeras of Chlamydomonas channelrhodopsin-1 and Volvox channelrhodopsin-1. These variants show superb expression and plasma membrane integration, resulting in 3-fold larger photocurrents in HEK cells compared with channelrhodopsin-2. Further molecular engineering gave rise to chimeric variants with absorption maxima ranging from 526 to 545 nm, dovetailing well with maxima of channelrhodopsin-2 derivatives ranging from 461 to 492 nm. Additional kinetic fine-tuning led to derivatives in which the lifetimes of the open state range from 19 ms to 5 s. Finally, combining green- with blue-absorbing variants allowed independent activation of two distinct neural cell populations at 560 and 405 nm. This novel panel of channelrhodopsin variants may serve as an important toolkit element for dual-color cell stimulation in neural circuits.