Ultrasonic Control of Neural Activity through Activation of the Mechanosensitive Channel MscL

机械敏感通道 光遗传学 离子通道 生物物理学 海马结构 超声波传感器 脂质双层 化学 材料科学 神经科学 膜 生物 物理 生物化学 声学 受体
作者
Jia Ye,Siyang Tang,Long Meng,Xia Li,Xiaoxu Wen,Sihan Chen,Lili Niu,Xiang‐Yao Li,Weibao Qiu,Hailan Hu,Mizu Jiang,Shiqiang Shang,Qiang Shu,Hairong Zheng,Shumin Duan,Yuezhou Li
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:18 (7): 4148-4155 被引量:243
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.8b00935
摘要

Externally controlling the excitation of a neuronal subset through ion channels activation can modulate the firing pattern of an entire neural circuit in vivo. As nanovalves in the cell membrane, ion channels can be opened by light (optogenetics) or ultrasonic (sonogenetics) means. A thoroughly analyzed force sensor is the Escherichia coli mechano sensitive channel of large conductance (MscL). Here we expressed MscL in rat hippocampal neurons in a primary culture and showed that it could be activated by low-pressure ultrasound pulses. The gain-of-function mutation, I92L, sensitized MscL's sonic response, triggering action potentials at a peak negative pressure as low as 0.25 MPa. Further, the I92L MscL reliably elicited individual spikes by timed brief pulses, making excitation programmable. Because MscL opens to tension in the lipid bilayer, requiring no other proteins or ligands, it could be developed into a general noninvasive sonogenetic tool to manipulate the activities of neurons or other cells and potential nanodevices.
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