Photophysik-informierte Zwei-Photonen-Spannungsabbildung unter Verwendung von FRET-Opsin-Spannungsindikatoren

Zusammenfassung Mikrobielle aus Rhodopsin abgeleitete genetisch kodierte Spannungsindikatoren (GEVIs) sind leistungsstarke Werkzeuge zur Kartierung bioelektrischer Dynamik in Zellkulturen und in lebenden Tieren. Förster-Resonanzenergieübertragung (FRET)-Opsin-GEVIs nutzen spannungsabhängige Änderungen der Opsin-Absorption, um die Fluoreszenz eines angehefteten Fluorophors zu modulieren, was zu hoher Helligkeit, Geschwindigkeit und Spannungsempfindlichkeit führt. Es wurde jedoch berichtet, dass die Spannungsempfindlichkeit der meisten FRET-Opsin-GEVIs unter Zwei-Photonen-(2P)-Anregung abnimmt oder verschwindet. Hier untersuchten wir die Photophysik der FRET-Opsin-GEVIs Voltron1 und 2. Wir fanden heraus, dass die Spannungsempfindlichkeit aus einem Photocyklus-Intermediate stammt, nicht aus dem Opsin-Grundzustand. Die Spannungsempfindlichkeiten beider GEVIs waren nichtlineare Funktionen der Beleuchtungsintensität; für Voltron1 kehrte die Empfindlichkeit bei schwach beleuchteter Beleuchtung das Vorzeichen um. Mithilfe von photocyklus-optimierten 2P-Beleuchtungsprotokollen demonstrieren wir 2P-Spannungsabbildung mit Voltron2 im Rindenbereich von lebenden Mäusen. Diese Ergebnisse eröffnen die Möglichkeit einer Hochgeschwindigkeits-2P-Spannungsabbildung von FRET-Opsin-GEVIs in vivo. Teaser Die Spannungsempfindlichkeit in FRET-Opsin-Indikatoren stammt aus einem Photocyklus-Intermediate, das über optimierte 2P-Anregung erreichbar ist.