Monitoreo de la actividad neural y Ca2+ con indicadores de Ca2+ genéticamente codificados

Los indicadores de Ca2+ genéticamente codificados (GECIs) basados en proteínas fluorescentes (XFPs) y proteínas unidoras de Ca2+ como la calmodulina (CaM) tienen un gran potencial para el estudio de la señalización de Ca2+ subcelular y para el monitoreo de la actividad en poblaciones de neuronas. Sin embargo, interpretar la fluorescencia de los GECI en términos de actividad neural y concentración de Ca2+ libre en el citoplasma (Ca2+) se complica por las interacciones no lineales entre la unión de Ca2+ y la fluorescencia del GECI. Hemos caracterizado los GECIs en neuronas piramidales en cortes de cerebro hipocampal cultivados, centrándonos en indicadores basados en XFPs permutados circularmente GCaMP (Nakai et al., 2001), Camgaroo2 (Griesbeck et al., 2001) e Inverse Pericam (Nagai et al., 2001). Mediciones de cambios en la fluorescencia evocados por trenes de potenciales de acción revelaron que los GECIs tienen poca sensibilidad a bajas frecuencias de potencial de acción en comparación con indicadores de Ca2+ sintéticos con afinidades similares por Ca2+. La sensibilidad de los GECIs mejoró para trenes de potenciales de acción de alta frecuencia, indicando que los GECIs son indicadores supralineales de actividad neural. La medición simultánea de la fluorescencia del GECI y Ca2+ reveló relaciones supralineales. Comparamos la saturación de fluorescencia del GECI con transiciones estructurales dependientes de Ca2+ de CaM. Nuestros datos sugieren que GCaMP y Camgaroo2 reportan transiciones estructurales de CaM en presencia y ausencia del péptido unidor de CaM, respectivamente.