脳幹ニューロンにおけるチャネルロドプシン-2およびハロホドプシンのAAVを介した発現の評価聴覚シグナル伝達を媒介する

背側co牛核ニューロン（DCN）に関連する生理学と回路はよく説明されています。これらのニューロンのニューロン活動をリモートで操作する能力は、聴覚におけるDCNニューロンの特定の機能を理解する能力における一歩前進を表します。しかし、光遺伝学は数年間他のシステムの経路の機能を研究するために使用されてきましたが、聴覚系では聴覚皮質のニューロンのみがこの手法を使用して研究されています。GFP（CHR2-GFP）と融合したチャネルロドプシン-2のいずれかを備えたアデノ関連ウイルスベクターまたはMCHERRY（Halor-MCherry）と融合したハローホドプシンは、それぞれ光に敏感なカチオンチャネルまたは塩化物ポンプを発現させることができます。1〜18か月後、DCN全体でChr2とHalorの発現が観察されました。DCN内のロドプシン分布は、DCN内の形態と位置に基づいて特定されたいくつかの細胞タイプ内であると判断されました。Chr2-GFPとHalor-Mcherryの発現は、噴射部位とサイトから予測を受けている地域の両方で見つかりました。in vivoでの波長適切な光刺激は、光曝露時にベースラインレベルに戻ることなく、刺激前のレベルで有意に増加したニューロン活性をもたらしました。また、DCNでのその後の緊張駆動応答に対する光学的に駆動されるニューロン活性の効果を調べました。DCNでは、16の電極部位の75％が光刺激直後の緊張に応答してニューロン活性の低下を示し、6％は緊張刺激後に減少し、電極部位の19％は変化を示さなかった。これは、電極部位の大部分がニューロン活性の増加を示した光暴露の前のトーン駆動型ニューロン活動とは対照的です。我々の結果は、聴覚処理に関与するニューロン内のロドプシンの発現と活性化は、発現後18か月後でも聞くことに有害な影響を及ぼさないように見えることを示しています。さらに、ウイルス標的のロドプシンは、経路と特定のニューロンの活性を調節するだけでなく、路線トレーサーとして役立つ場合があります。将来、ロドプシンは聴覚ニューロンの特定の亜集団を標的とすることができます。最終的に、光刺激は、聴覚ニューロンの機能を調節し、聴覚の結果に影響を与えるための生理学的に関連する方法を提供する場合があります。この記事は、Optogenetics（7番目のBRES）というタイトルの特別号の一部です。

The physiology and circuitry associated with dorsal cochlear nucleus neurons (DCN) have been well described. The ability to remotely manipulate neuronal activity in these neurons would represent a step forward in the ability to understand the specific function of DCN neurons in hearing. Although, optogenetics has been used to study the function of pathways in other systems for several years, in the auditory system only neurons in the auditory cortex have been studied using this technique. Adeno-associated viral vectors with either channelrhodopsin-2 fused with GFP (ChR2-GFP) or halorhodopsin fused with mCherry (HaloR-mCherry), capable of expressing light sensitive cation channels or chloride pumps, respectively, were delivered into the dorsal cochlear nucleus (DCN). One to 18 months later, expression of ChR2 and HaloR was observed throughout the DCN. Rhodopsin distribution within the DCN was determined to be within several cell types identified based on morphology and location within the DCN. Expression of ChR2-GFP and HaloR-mCherry was found at both the injection site as well as in regions receiving projections from the site. Wavelength appropriate optical stimulation in vivo resulted in neuronal activity that was significantly increased over pre-stimulation levels with no return to baseline levels during the time of the light exposure. We also examined the effects of optically driven neuronal activity on subsequent tone driven responses in the DCN. In the DCN 75% of the 16 electrode sites showed decreased neuronal activity in response to a tone immediately following light stimulation while six percent were decreased following tone stimulation and 19% of the electrode sites showed no change. This is in contrast to tone driven neuronal activity prior to the light exposure in which the majority of electrode sites showed increased neuronal activity. Our results indicate that expression and activation of rhodopsin within neurons involved in auditory processing does not appear to have deleterious effects on hearing even 18 months following expression. In addition, virally targeted rhodopsins may be useful as tract tracers to delineate as well as modulate the activity of pathways and specific neurons. In the future rhodopsins can be targeted to specific subpopulations of auditory neurons. Ultimately, photostimulation may provide a physiologically relevant method for modulating the function of auditory neurons and affecting hearing outcomes. This article is part of a Special Issue entitled Optogenetics (7th BRES).