Genetically targeted magnetic control of the nervous system

光遗传学 神经科学 电生理学 钙显像 斑马鱼 生物神经网络 刺激 体内 多巴胺 中枢神经系统 神经科学家 沟道视紫红质 生物 化学 有机化学 生物技术 基因 生物化学 少突胶质细胞 髓鞘
作者
Michael A. Wheeler,Cody J. Smith,Matteo Ottolini,Bryan S. Barker,Aarti M. Purohit,Ryan M. Grippo,Ronald P. Gaykema,Anthony Spano,Mark P. Beenhakker,Sarah Kucenas,Manoj K. Patel,Christopher D. Deppmann,Ali D. Güler
出处
期刊:Nature Neuroscience [Nature Portfolio]
卷期号:19 (5): 756-761 被引量:308
标识
DOI:10.1038/nn.4265
摘要

Optogenetic and chemogenetic actuators are critical for deconstructing the neural correlates of behavior. However, these tools have several limitations, including invasive modes of stimulation or slow on/off kinetics. We have overcome these disadvantages by synthesizing a single-component, magnetically sensitive actuator, "Magneto," comprising the cation channel TRPV4 fused to the paramagnetic protein ferritin. We validated noninvasive magnetic control over neuronal activity by demonstrating remote stimulation of cells using in vitro calcium imaging assays, electrophysiological recordings in brain slices, in vivo electrophysiological recordings in the brains of freely moving mice, and behavioral outputs in zebrafish and mice. As proof of concept, we used Magneto to delineate a causal role of striatal dopamine receptor 1 neurons in mediating reward behavior in mice. Together our results present Magneto as an actuator capable of remotely controlling circuits associated with complex animal behaviors.
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