神経活動の遺伝的記者：C-FOSおよびG-CAMP6

神経系に対する麻酔効果に関する20世紀の調査の大部分は、電気生理学を使用しています。しかし、技術の侵襲性、関心のあるあらゆる部位に（潜在的に複数の）電極を配置する必要性、個々の細胞タイプから選択的に記録することの難しさなど、電気生理学的記録のいくつかの基本的な制限は、神経活性化を検出するための代替方法の開発を促進しました。細胞スケールの分解能を備えた2つのそのような代替方法は、過去数十年で成熟しており、ここでレビューされます。即時の初期遺伝子の転写、最も重要なC-FOS、および遺伝的にエンコードされたカルシウム指標であるGCAMP6によって報告されているように、ニューロンへのカルシウムの流入。C-FOSの記者は、長距離で複数の電極の正確なターゲティングを必要とせずに、深いまたは遠い核でも転写活性化の検出を許可します。RT-PCRプローブの開発は、対象組織を分離できる場合にアッセイの時間分解能をシフトするが、C-FOSの時間分解能は、免疫組織化学的アッセイによる転写活性化の検出に依存するため、制限されています。GCAMP6には、ノイズへの信号のトレードオフ時間分解能をいくつかのアイソフォームがありますが、最速は個々の活動電位イベントを解決することができます。GCAMP6発現は、関心のあるニューロン集団を選択的に標的とすることができ、潜在的に数千のニューロンを単一のフレーム内で捕捉でき、集団が光学的にアクセスできる限り、電気生理学で捕捉するのが困難なスケールで回路ダイナミクスをニューロンごとに報告することができます。

The majority of 20th century investigations into anesthetic effects on the nervous system have used electrophysiology. Yet some fundamental limitations to electrophysiologic recordings, including the invasiveness of the technique, the need to place (potentially several) electrodes in every site of interest, and the difficulty of selectively recording from individual cell types, have driven the development of alternative methods for detecting neuronal activation. Two such alternative methods with cellular scale resolution have matured in the last few decades and will be reviewed here: the transcription of immediate early genes, foremost c-fos, and the influx of calcium into neurons as reported by genetically encoded calcium indicators, foremost GCaMP6. Reporters of c-fos allow detection of transcriptional activation even in deep or distant nuclei, without requiring the accurate targeting of multiple electrodes at long distances. The temporal resolution of c-fos is limited due to its dependence upon the detection of transcriptional activation through immunohistochemical assays, though the development of RT-PCR probes has shifted the temporal resolution of the assay when tissues of interest can be isolated. GCaMP6 has several isoforms that trade-off temporal resolution for signal to noise, but the fastest are capable of resolving individual action potential events, provided the microscope used scans quickly enough. GCaMP6 expression can be selectively targeted to neuronal populations of interest, and potentially thousands of neurons can be captured within a single frame, allowing the neuron-by-neuron reporting of circuit dynamics on a scale that is difficult to capture with electrophysiology, as long as the populations are optically accessible.