COMPOSITIONS AND THEIR USE FOR CONTROLLING THE NERVOUS SYSTEM IN VIVO

Optogenetic and chemogenetic actuators are critical for deconstructing the neural correlates of behavior. However, these tools have several drawbacks, including invasive modes of stimulation or slow on/off kinetics. These disadvantages have been overcome by synthesizing a magnetically sensitive actuator, Magneto, comprised of the cation channel, TRPV4, fused to the paramagnetic protein, ferritin. Magneto permits non-invasive magnetic control over neuronal activity by showing remote stimulation of cells using in vitro calcium imaging assays, electrophysiological recordings in brain slices, in vivo electrophysiological recordings in freely moving mice, and behavioral outputs in zebrafish and mice. As proof of concept, the first magnetogenetic control of the nervous system was demonstrated by using Magneto to delineate a causal role of striatal dopamine receptor 1 neurons in mediating reward behavior in mice. Together, our results present Magneto as a novel actuator capable of remotely controlling circuits associated with complex animal behaviors. Les actionneurs optogénétiques et chimiogénétiques sont essentiels pour déconstruire les corrélations neuronales du comportement. Cependant, ces outils présentent plusieurs inconvénients, comprenant des modes de stimulation invasifs ou une cinétique d'activation/désactivation lente. Ces inconvénients ont été surmontés par synthèse d'un actionneur magnétiquement sensible, Magneto, constitué du canal cationique, TRPV4, fusionné à la protéine paramagnétique, ferritine. Magneto permet une commande magnétique non invasive de l'activité neuronale en présentant une stimulation à distance de cellules au moyen d'essais d'imagerie du calcium in vitro, des enregistrements électrophysiologiques dans des coupes de cerveau, des enregistrements électrophysiologiques in vitro chez les souris se déplaçant librement, et des sorties comportementales chez le poisson-zèbre et la souris. En tant que preuve de concept, la première commande magnétogénétique du système nerveux a été démontrée en utilisant Magneto pour délimiter un rôle causal des neurones à récepteur de dopamine striatal 1 dans la médiation d'un comportement de récompense chez des souris. Dans leur ensemble, les résultats présentent Magneto en tant que nouvel actionneur capable de commander à distance des circuits associés à des comportements animaux complexes.