유전적으로 암호화된 고휘도 근적외선 형광 전압 표시기의 설계

유전적으로 인코딩된 전압 표시기(GEVI)를 사용하면 신경세포 막 전위의 동역학을 세포 유형 특이적으로 실시간 이미징할 수 있게 하며, 이는 세포 수준과 회로 수준 모두에서 신경 정보 처리 과정을 이해하는 데 필수적입니다. GEVI 중에서 근적외선 영역으로 이동된 GEVI는 더 빠른 동역학, 더 나은 조직 투과성, 광유전학 도구와의 호환성을 제공하여 복잡한 생물학적 환경에서 전광학 전기 생리학을 가능하게 합니다. 이전 연구에서는 Archon1이라는 전압 센서를 개발하기 위해 포유류 세포에서 미생물 로돕신 Archaerhodopsin-3(Arch-3)의 방향성 분자 진화를 사용했습니다. Archon1은 뛰어난 막 위치 파악, 신호 대 잡음비(SNR), 감도, 빠른 응답 속도, 광안정성, 그리고 광유전학 도구와의 완벽한 호환성을 보여주었습니다. 그러나 Archon1은 밝기가 낮고 높은 조사 강도가 필요하므로 장기간 이미징 시 조직 가열 및 광독성을 유발하는 한계를 지닙니다. 본 연구에서는 이 전압 센서의 밝기를 향상시키는 것을 목표로 합니다. 밝은 Archon 파생물에 무작위 돌연변이를 도입하여 만족스러운 전압 감도(4~5% ΔF/F_AP)와 Archon1에 비해 기본 밝기가 9배 증가한 새로운 변종 monArch를 식별했습니다. 그러나 이 변이체는 막 위치화가 최적이 아니며 전압 감도가 일부 저하되는 한계를 보입니다. 이러한 과제는 로돕신 기반 전압 센서에서 밝기, 안정성, 기능 간의 최적 균형을 달성하기 위해 지속적인 최적화가 필요함을 시사합니다.

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