北京大學：李毓龍實驗室與合作者實現新型紅色熒光多巴胺探針和第二代綠色熒光多巴胺探針的開發(fā)及應用
多巴胺（Dopamine, DA）作為大腦中重要的神經遞質，與運動控制、動機、學習、記憶、情緒等生理過程，以及多種神經系統(tǒng)疾病如帕金森病、成癮、精神分裂癥、多動癥和創(chuàng)傷后壓力綜合征等密切相關。為更好地研究多巴胺在生理和病理過程中的作用，研究人員需要一種能夠實時、靈敏、特異地檢測多巴胺的工具，以研究在活體模式生物中、復雜行為模式下多巴胺信號的動態(tài)變化情況。自2018年起，北京大學生命科學學院李毓龍實驗室開發(fā)了一系列檢測神經遞質的熒光探針，即GRAB探針系列，其中即包括多巴胺探針（GRABDA）。該探針克服了已有多巴胺檢測手段中時空分辨率低、分子特異性差等諸多問題，已被廣泛地應用于活體果蠅、小鼠、斑馬魚、斑馬雀等模式生物[1-4]。
2020年10月22日，李毓龍實驗室、紐約大學Dayu Lin實驗室和美國國立衛(wèi)生研究院Guohong Cui實驗室合作，在Nature Methods在線發(fā)表了題為“Next-generation GRAB sensors for monitoring dopaminergic activity in vivo”的研究論文，報告了新型紅色熒光多巴胺探針和第二代綠色熒光多巴胺探針的開發(fā)及應用。
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論文截圖
研究人員在發(fā)表的第一代探針的基礎上，對多巴胺探針進行了進一步的改造和優(yōu)化。這項工作的亮點之一為開發(fā)出新型的具有紅色熒光的多巴胺探針（rGRABDA1m和rGRABDA1h），可與其它綠色熒光探針（如鈣離子探針、神經遞質探針等）共同使用，實現多種信號的同時記錄。工作亮點之二為優(yōu)化出具有更高靈敏度及成像信噪比的第二代綠色熒光多巴胺探針（GRABDA2m和GRABDA2h）（下圖），其較第一代探針在反應幅度上提升了2～3倍。
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新型紅色熒光多巴胺探針和第二代綠色熒光多巴胺探針在HEK293T細胞中的熒光響應情況
針對新一代多巴胺探針，研究者在細胞、腦片、果蠅（上圖）、小鼠（下圖）中對其表現進行了系統(tǒng)的刻畫，并通過一系列對照實驗對探針信號的特異性進行了驗證，為該工具的未來應用提供了詳盡的信息。應用新一代靈敏的多巴胺探針，研究者在清醒的、自由活動的動物深部腦區(qū)記錄了多巴胺的動態(tài)變化，并研究了多巴胺隨著動物不同精細行為過程發(fā)展而產生的變化（下圖）。
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通過雙光子成像法檢測果蠅大腦中由氣味刺激和電刺激引發(fā)的多巴胺釋放
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通過光纖記錄法檢測小鼠交配行為中NAc腦區(qū)的多巴胺動態(tài)變化情況
這些新型多巴胺探針不僅為多巴胺功能的研究提供了重要工具，也為將來開發(fā)具有多種光譜范圍以及更高信噪比的神經遞質探針提供了寶貴經驗?！盎贕蛋白偶聯(lián)受體”這一探針開發(fā)策略已被應用于開發(fā)多種神經遞質探針，包括乙酰膽堿探針[5,6]、去甲腎上腺素探針[7]、腺苷探針[8]、五羥色胺探針[9]、內源大麻素探針[10]、美國加州大學戴維斯分校Lin Tian實驗室開發(fā)的多巴胺探針等[11,12]。實驗室期待未來將會有更多具有更高信噪比、多種光譜范圍的神經遞質探針，推進大腦神經遞質系統(tǒng)功能的研究。
參考文獻：
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11.Patriarchi, T. et al. Ultrafast neuronal imaging of dopamine dynamics withdesigned genetically encoded sensors. Science 360, 6396 (2018).
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來源：北京大學
