Rationally designed azobenzene photoswitches for efficient two-photon neuronal excitation
Cabré Segura, Gisela (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química)
Garrido-Charles, Aida (Institut de Bioenginyeria de Catalunya)
Moreno Ferrer, Miquel (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química)
Bosch, Miquel (Institut de Bioenginyeria de Catalunya)
Porta de la Riva, Montserrat (Institut de Ciències Fotòniques)
Krieg, Michael (Institut de Ciències Fotòniques)
Gascón Moya, Marta (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química)
Camarero, Nuria (Institut de Bioenginyeria de Catalunya)
Gelabert Peiri, Ricard (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química)
Lluch López, Josep Maria (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química)
Busqué Sánchez, Félix (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química)
Hernando Campos, Jordi (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química)
Gorostiza, Pau (Institut de Bioenginyeria de Catalunya)
Alibes, Ramón (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química)

Date:	2019
Abstract:	Manipulation of neuronal activity using two-photon excitation of azobenzene photoswitches with near-infrared light has been recently demonstrated, but their practical use in neuronal tissue to photostimulate individual neurons with three-dimensional precision has been hampered by firstly, the low efficacy and reliability of NIR-induced azobenzene photoisomerization compared to one-photon excitation, and secondly, the short cis state lifetime of the two-photon responsive azo switches. Here we report the rational design based on theoretical calculations and the synthesis of azobenzene photoswitches endowed with both high two-photon absorption cross section and slow thermal back-isomerization. These compounds provide optimized and sustained two-photon neuronal stimulation both in light-scattering brain tissue and in Caenorhabditis elegans nematodes, displaying photoresponse intensities that are comparable to those achieved under one-photon excitation. This finding opens the way to use both genetically targeted and pharmacologically selective azobenzene photoswitches to dissect intact neuronal circuits in three dimensions.
Grants:	Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2017/SGR-1442 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2017/SGR-1012 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2017/SGR-00465 Ministerio de Economía y Competitividad SEV-2015-0522 Ministerio de Economía y Competitividad CTQ2015-65439-R Ministerio de Economía y Competitividad CTQ2016-80066-R Ministerio de Economía y Competitividad CTQ2016- 75363-R Ministerio de Economía y Competitividad CTQ2017-83745-P Ministerio de Economía y Competitividad RYC-2015-17935 European Commission 715243
Rights:	Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, fins i tot amb finalitats comercials, sempre i quan es reconegui l'autoria de l'obra original.
Language:	Anglès
Document:	Article ; recerca ; Versió publicada
Subject:	Animals ; Azo Compounds ; Caenorhabditis elegans ; Calcium Channels ; Cell Line ; Computational Biology ; HEK293 Cells ; Humans ; Infrared Rays ; Neurons ; Patch-Clamp Techniques ; Photochemical Processes ; Photons
Published in:	Nature communications, Vol. 10 (February 2019) , art. 907, ISSN 2041-1723

DOI: 10.1038/s41467-019-08796-9
PMID: 30796228

12 p, 1.6 MB

The record appears in these collections:
Research literature > UAB research groups literature > Research Centres and Groups (research output) > Experimental sciences > Synthesis of Bioactive Organic Compounds and Functional Materials (SynOrgFUN)
Research literature > UAB research groups literature > Research Centres and Groups (research output) > Experimental sciences > Group in Electrochemistry, Photochemistry and Organic Reactivity (GEFRO)
Articles > Research articles
Articles > Published articles