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ABSTRACT
Genetically encoded calcium indicators (GECIs) are powerful tools for systems neuroscience. Recent efforts in protein engineering have significantly increased the performance of GECIs. The state-of-the art single-wavelength GECI, GCaMP3, has been deployed in a number of model organisms and can reliably detect three or more action potentials in short bursts in several systems in vivo. Through protein structure determination, targeted mutagenesis, high-throughput screening, and a battery of in vitro assays, we have increased the dynamic range of GCaMP3 by severalfold, creating a family of "GCaMP5" sensors. We tested GCaMP5s in several systems cultured neurons and astrocytes, mouse retina, and in vivo in Caenorhabditis chemosensory neurons, Drosophila larval neuromuscular junction and adult antennal lobe, zebrafish retina and tectum, and mouse visual cortex. Signal-to-noise ratio was improved by at least 2- to 3-fold. In the visual cortex, two GCaMP5 variants detected twice as many visual stimulus-responsive cells as GCaMP3. By combining in vivo imaging with electrophysiology we show that GCaMP5 fluorescence provides a more reliable measure of neuronal activity than its predecessor GCaMP3. GCaMP5 allows more sensitive detection of neural activity in vivo and may find widespread applications for cellular imaging in general.
Asunto(s)
Señalización del Calcio; Colorantes Fluorescentes/química; Fluorometría/métodos; Proteínas Fluorescentes Verdes/química; Neuroimagen/métodos; Neuronas/química; Péptidos/química; Transmisión Sináptica; Animales; Astrocitos/química; Astrocitos/ultraestructura; Caenorhabditis elegans; Cristalografía por Rayos X; Drosophila melanogaster/crecimiento & desarrollo; Femenino; Colorantes Fluorescentes/análisis; Genes Sintéticos; Vectores Genéticos; Proteínas Fluorescentes Verdes/análisis; Proteínas Fluorescentes Verdes/genética; Proteínas Fluorescentes Verdes/aislamiento & purificación; Células HEK293/química; Células HEK293/ultraestructura; Hipocampo/química; Hipocampo/citología; Humanos; Larva; Rayos Láser; Ratones; Modelos Moleculares; Mutagénesis Sitio-Dirigida; Unión Neuromuscular/química; Unión Neuromuscular/ultraestructura; Neuronas/fisiología; Neuronas/ultraestructura; Neurópilo/química; Neurópilo/fisiología; Neurópilo/ultraestructura; Neuronas Receptoras Olfatorias/química; Neuronas Receptoras Olfatorias/fisiología; Neuronas Receptoras Olfatorias/ultraestructura; Péptidos/análisis; Péptidos/genética; Estimulación Luminosa; Conformación Proteica; Ratas; Proteínas Recombinantes de Fusión/análisis; Proteínas Recombinantes de Fusión/química; Proteínas Recombinantes de Fusión/genética; Células Bipolares de la Retina/química; Células Bipolares de la Retina/fisiología; Células Bipolares de la Retina/ultraestructura; Pez Cebra/crecimiento & desarrollo

Texto completo: 1 Colección: 01-internacional Base de datos: MEDLINE Asunto principal: Péptidos / Transmisión Sináptica / Señalización del Calcio / Proteínas Fluorescentes Verdes / Neuroimagen / Colorantes Fluorescentes / Fluorometría / Neuronas Idioma: En Revista: J Neurosci Año: 2012 Tipo del documento: Article País de afiliación: Estados Unidos

Texto completo: 1 Colección: 01-internacional Base de datos: MEDLINE Asunto principal: Péptidos / Transmisión Sináptica / Señalización del Calcio / Proteínas Fluorescentes Verdes / Neuroimagen / Colorantes Fluorescentes / Fluorometría / Neuronas Idioma: En Revista: J Neurosci Año: 2012 Tipo del documento: Article País de afiliación: Estados Unidos
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