REACHR：ChannelRhodopsinの赤方偏移バリアントは、深い経頭蓋光遺伝学的励起を可能にします

Channelrhodopsins（CHRS）は、ニューロンを脱分極する光学的に脱分極するために使用されます。私たちは、オレンジから赤色光（λ〜590-630 nm）で最適に励起され、既存の赤色遮断と比較して膜輸送、より高い光電流、より速い速度でオレンジから赤色光（λ〜590-630 nm）で最適に励起される、赤活性化不能CHR（REACHR）を示すCHRのバリアントを設計しました。クリス。赤色光は組織で散在しておらず、他のCHRバリアントに必要な青から緑の波長よりも血液によって吸収されません。ビブリッサモーター皮質で発現したReachrを使用して、無傷の頭蓋骨を通って赤い光で励起されたときに、目を覚ましているマウスでスパイクとビブリッサの動きを駆動しました。正確なビブリッサの動きは、脳幹の顔面運動核でReachRを表現し、外聴覚管を通る赤色光で照明を照らすことにより誘発されました。したがって、REACHRは、頭蓋骨を外科的に薄くし、経頭蓋窓を形成するか、光繊維をインプラントすることなく、深部脳構造のニューロンの経頭蓋光学的活性化を可能にします。

Channelrhodopsins (ChRs) are used to optogenetically depolarize neurons. We engineered a variant of ChR, denoted red-activatable ChR (ReaChR), that is optimally excited with orange to red light (λ ∼590-630 nm) and offers improved membrane trafficking, higher photocurrents and faster kinetics compared to existing red-shifted ChRs. Red light is less scattered by tissue and is absorbed less by blood than the blue to green wavelengths that are required by other ChR variants. We used ReaChR expressed in the vibrissa motor cortex to drive spiking and vibrissa motion in awake mice when excited with red light through intact skull. Precise vibrissa movements were evoked by expressing ReaChR in the facial motor nucleus in the brainstem and illumination with red light through the external auditory canal. Thus, ReaChR enables transcranial optical activation of neurons in deep brain structures without the need to surgically thin the skull, form a transcranial window or implant optical fibers.