The structural plasticity of synapses is a fundamental mechanism regulating brain functions. However, currently available methods, based on split fluorescent proteins (FPs), have been limited in assessing synaptic dynamics in vivo due to the irreversible binding of split FPs. Here, we develop ‘SynapShot’—a method for visualizing the structural dynamics of intact synapses by combining dimerization-dependent fluorescent proteins (ddFPs) with engineered synaptic adhesion molecules. SynapShot allows real-time monitoring of reversible and bi-directional changes of synaptic contacts under physiological stimulation. The application of green and red ddFPs in SynapShot enables the simultaneous visualization of two distinct populations of synapses. Notably, the red-shifted SynapShot is highly compatible with blue light-based optogenetic techniques, allowing for the visualization of synaptic dynamics while precisely controlling specific signaling pathways. Furthermore, we demonstrate that SynapShot enables real-time monitoring of structural changes in synaptic contacts in the mouse brain during both primitive and higher-order behaviors.
지금까지 시냅스를 시각화 하기위해 사용 가능했던 분할 형광 단백질 (FP)을 기반으로 한 방법은 분할된 FP의 비가역적 결합으로 인해 시냅스 동역학을 평가하는 데 한계가 있다. 본 연구에서는 이합체화 의존 형광 단백질 (ddFP)과 시냅스 접착 분자를 결합하여 온전한 시냅스의 구조적 동역학을 시각화하는 방법인 'SynapShot'을 개발했다. SynapShot을 사용하면 생리적 자극에 따른 시냅스 접점의 가역적 및 양방향 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 녹색 및 적색 ddFP를 SynapShot에 적용하면 두 개의 서로 다른 시냅스 집단을 동시에 시각화 할 수 있다. 특히 적색의 SynapShot은 청색광 기반 광유전학 기술과 호환성이 높아 특정 신호 경로를 정밀하게 제어하면서 시냅스 역학을 시각화 할 수 있다. 또한, SynapShot을 통해 원시 행동과 고차 행동 모두에서 마우스 뇌의 시냅스 접점의 구조적 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있음을 입증했다.
