DiFrancesco, Mattia Lorenzo ORCID: 0000-0002-7511-4438, Lodola, Francesco ORCID: 0000-0002-3506-5619, Colombo, Elisabetta, Maragliano, Luca, Bramini, Mattia ORCID: 0000-0002-0381-9391, Paterno, Giuseppe Maria ORCID: 0000-0003-2349-566X, Baldelli, Pietro, Serra, Mauro Dalla ORCID: 0000-0003-1048-2739, Lunelli, Lorenzo, Marchioretto, Marta, Grasselli, Giorgio ORCID: 0000-0002-2942-9615, Cimo, Simone ORCID: 0000-0003-0333-5386, Colella, Letizia, Fazzi, Daniele ORCID: 0000-0002-8515-4214, Ortica, Fausto ORCID: 0000-0001-8276-452X, Vurro, Vito, Eleftheriou, Cyril Giles, Shmal, Dmytro ORCID: 0000-0001-6770-6364, Maya-Vetencourt, Jose Fernando ORCID: 0000-0003-3808-8944, Bertarelli, Chiara, Lanzani, Guglielmo and Benfenati, Fabio (2020). Neuronal firing modulation by a membrane-targeted photoswitch. Nat. Nanotechnol., 15 (4). S. 296 - 310. LONDON: NATURE PUBLISHING GROUP. ISSN 1748-3395
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Light-sensitive azobenzene compounds can be engineered to stably partition into the plasma membrane, thus causing its thinning in the dark and relaxation upon light stimulation. In neurons, the resulting light-dependent change in membrane capacitance induces a transient hyperpolarization followed by rebound depolarization and action potential firing. Optical technologies allowing modulation of neuronal activity at high spatio-temporal resolution are becoming paramount in neuroscience. In this respect, azobenzene-based photoswitches are promising nanoscale tools for neuronal photostimulation. Here we engineered a light-sensitive azobenzene compound (Ziapin2) that stably partitions into the plasma membrane and causes its thinning through trans-dimerization in the dark, resulting in an increased membrane capacitance at steady state. We demonstrated that in neurons loaded with the compound, millisecond pulses of visible light induce a transient hyperpolarization followed by a delayed depolarization that triggers action potential firing. These effects are persistent and can be evoked in vivo up to 7 days, proving the potential of Ziapin2 for the modulation of membrane capacitance in the millisecond timescale, without directly affecting ion channels or local temperature.
Item Type: | Journal Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Creators: |
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URN: | urn:nbn:de:hbz:38-338922 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.1038/s41565-019-0632-6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Journal or Publication Title: | Nat. Nanotechnol. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume: | 15 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Number: | 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Page Range: | S. 296 - 310 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Date: | 2020 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Publisher: | NATURE PUBLISHING GROUP | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Place of Publication: | LONDON | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 1748-3395 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Language: | English | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Faculty: | Faculty of Mathematics and Natural Sciences | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Divisions: | Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Chemistry > Institute of Physical Chemistry | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Subjects: | no entry | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Uncontrolled Keywords: |
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Refereed: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
URI: | http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/33892 |
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