A robotic multidimensional directed evolution approach applied to fluorescent voltage reporters

绿色荧光蛋白 斑马鱼 突触后电位 索马 细胞生物学 荧光 计算机科学 生物 生物物理学 神经科学 基因 生物化学 物理 量子力学 受体
作者
Kiryl D. Piatkevich,Erica E. Jung,Christoph Straub,Changyang Linghu,Demian Park,Ho‐Jun Suk,Daniel R. Hochbaum,Daniel Goodwin,Eftychios A. Pnevmatikakis,Nikita Pak,Takashi Kawashima,Chao-Tsung Yang,Jeff L. Rhoades,Or A. Shemesh,Shoh Asano,Young‐Gyu Yoon,Limor Freifeld,Jessica L. Saulnier,Clemens Riegler,Florian Engert
出处
期刊:Nature Chemical Biology [Nature Portfolio]
卷期号:14 (4): 352-360 被引量:347
标识
DOI:10.1038/s41589-018-0004-9
摘要

We developed a new way to engineer complex proteins toward multidimensional specifications using a simple, yet scalable, directed evolution strategy. By robotically picking mammalian cells that were identified, under a microscope, as expressing proteins that simultaneously exhibit several specific properties, we can screen hundreds of thousands of proteins in a library in just a few hours, evaluating each along multiple performance axes. To demonstrate the power of this approach, we created a genetically encoded fluorescent voltage indicator, simultaneously optimizing its brightness and membrane localization using our microscopy-guided cell-picking strategy. We produced the high-performance opsin-based fluorescent voltage reporter Archon1 and demonstrated its utility by imaging spiking and millivolt-scale subthreshold and synaptic activity in acute mouse brain slices and in larval zebrafish in vivo. We also measured postsynaptic responses downstream of optogenetically controlled neurons in C. elegans.
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