分享一篇发表在Science上的文章，题目为“In vivo multiplex imaging of dynamic neurochemical networks with designed far-red dopamine sensors”，通讯作者是来自北京大学的李毓龙教授，其研究方向是神经元突触的成像探针的开发和突触传递的机制研究。

多巴胺 （DA） 是最重要的神经调节剂之一，解码这些网络对于理解行为和相关疾病背后的神经机制至关重要。然而，目前的基因编码传感器仅限于绿色和红色光谱，阻碍了多个神经化学信号在同一时间进行实时检测，因此迫切需要扩大神经调节器传感器的光谱范围，包括远红外和近红外波长（即 >650 nm）。

为了实现以上需求，本文作者通过将 cpHaloTag 化学染料方法与基于G蛋白偶联受体激活（GRAB）的策略相结合，从而创建了 HaloDA1.0。HaloDA1.0 利用其远红波长，通过与现有的绿色和红色传感器相结合，为同时监测三种神经化学物质提供了机会。

具体来说，HaloDA1.0的设计类似Ca离子传感器，首先作者选择了一个具有优越的膜转运特性的DA受体蛋白D1A，在其上偶联一个cpHaloTag蛋白，用于远红外罗丹明染料分子的偶联。DA结合D1A后会导致D1A的构象变化进而驱动cpHaloTag上荧光分子构象变化，进而导致荧光增加。作者通过系统性优化cpHaloTag 和 D1R 中的 cpHaloTag 插入位点、接头序列和关键残基，筛选出了相应最高的变异，即HaloDA1.0。

后续作者验证了HaloDA1.0的剂量反应曲线、响应动力学以及对下游信号通路的耦合情况。证明了HaloDA1.0对多巴胺具有高灵敏度和特异性，且无明显的下游信号激活。之后作者强调其远红外传感器的优势在于和绿色，红色传感器结合使用，可以同时检测三种神经化学物质。作者在细胞，神经元，急性脑切片，斑马鱼幼体和活体小鼠上都进行了相应的实验。以活体小鼠为例，作者在 D1R-Cre 小鼠的 NAc 中病毒共表达 HaloDA1.0、rACh1h 和绿色荧光 cAMP 传感器 DIO-GFlamp2，实现了同时监测小鼠 NAc 中的 DA、ACh 和 cAMP 动力学。

总的来说，本文开发了化学遗传远红 DA 传感器 HaloDA1.0，适用于体外和体内应用，可用于同时实时测量多个神经化学信号。

本文作者：YDP

责任编辑：LYC

DOI：10.1126/science.adt7705

原文链接：https://doi.org/10.1126/science.adt7705