Dopamine (DA) plays a critical role in the brain, and the ability to directly measure dopaminergic activity is essential for understanding its physiological functions. We therefore developed red fluorescent G-protein-coupled receptor-activation-based DA (GRABDA) sensors and optimized versions of green fluorescent GRABDA sensors. In response to extracellular DA, both the red and green GRABDA sensors exhibit a large increase in fluorescence, with subcellular resolution, subsecond kinetics and nanomolar-to-submicromolar affinity. Moreover, the GRABDA sensors resolve evoked DA release in mouse brain slices, detect evoked compartmental DA release from a single neuron in live flies and report optogenetically elicited nigrostriatal DA release as well as mesoaccumbens dopaminergic activity during sexual behavior in freely behaving mice. Coexpressing red GRABDA with either green GRABDA or the calcium indicator GCaMP6s allows tracking of dopaminergic signaling and neuronal activity in distinct circuits in vivo.

This study reveals that Hsp90α can undergo condensation, and its client proteins feature a high frequency of RG motif repeats. Client proteins with varying RG motif patterns exhibit different impacts on the dynamics of Hsp90α condensates.

Summary Norepinephrine (NE) is an essential biogenic monoamine neurotransmitter, yet researches using prototype NE sensors were limited by their low sensitivities. Here, we developed next-generation versions of GPCR activation-based NE sensors (GRAB NE2m and GRAB NE2h ) with a superior response, high sensitivity and selectivity to NE both in vitro and in vivo . Notably, these sensors can detect NE release triggered by either optogenetic or behavioral stimuli in freely moving mice, producing robust signals in the locus coeruleus and hypothalamus. With the development of a novel transgenic mouse line, we recorded both NE release and calcium dynamics with dual-color fiber photometry throughout the sleep-wake cycle; moreover, dual-color mesoscopic imaging revealed cell type‒specific spatiotemporal dynamics of NE and calcium during sensory processing and locomotion. Thus, these new GRAB NE sensors are valuable tools for monitoring the precise spatiotemporal release of NE in vivo , providing new insights into the physiological and pathophysiological roles of NE.

The monoamine neuromodulator dopamine (DA) plays a critical role in the brain, and the ability to directly measure dopaminergic activity is essential for understanding its physiological functions. We therefore developed the first red fluorescent GPCR-activation–based DA (GRABDA) sensors and optimized versions of green fluorescent GRABDA sensors following our previous studies. In response to extracellular DA, both the red and green GRABDA sensors have a large increase in fluorescence (ΔF/F values of 150% and 340%, respectively), with subcellular resolution, subsecond kinetics, and nanomolar to submicromolar affinity. Moreover, both the red and green GRABDA sensors readily resolve evoked DA release in mouse brain slices, detect compartmental DA release in live flies with single-cell resolution, and report optogenetically elicited nigrostriatal DA release as well as mesoaccumbens dopaminergic activity during sexual behavior in freely behaving mice. Importantly, co-expressing red GRABDA with either green GRABDA or the calcium indicator GCaMP6s provides a robust tool for simultaneously tracking neuronal activity and dopaminergic signaling in distinct circuits in vivo .

Dopamine (DA) plays multiple roles in a wide range of physiological and pathological processes via a vast network of dopaminergic projections. To fully dissect the spatiotemporal dynamics of DA release in both dense and sparsely innervated brain regions, we developed a series of green and red fluorescent GPCR activation-based DA (GRABDA) sensors using a variety of DA receptor subtypes. These sensors have high sensitivity, selectivity, and signal-to-noise properties with subsecond response kinetics and the ability to detect a wide range of DA concentrations. We then used these sensors in freely moving mice to measure both optogenetically evoked and behaviorally relevant DA release while measuring neurochemical signaling in the nucleus accumbens, amygdala, and cortex. Using these sensors, we also detected spatially resolved heterogeneous cortical DA release in mice performing various behaviors. These next-generation GRABDA sensors provide a robust set of tools for imaging dopaminergic activity under a variety of physiological and pathological conditions.

Abstract The serotonergic system plays important roles in both physiological and pathological processes, and is a widely used therapeutic target for many psychiatric disorders. Although several genetically encoded GFP-based serotonin (5-HT) sensors were recently developed, their sensitivities and spectral profiles are relatively limited. To overcome these limitations, we optimized green fluorescent G-protein-coupled receptor (GPCR)-activation-based 5-HT (GRAB 5-HT ) sensors and developed a new red fluorescent GRAB 5-HT sensor. These sensors have excellent cell surface trafficking, high specificity, sensitivity, and spatiotemporal resolution, making them suitable for monitoring 5-HT dynamics in vivo . Besides recording subcortical 5-HT release in freely moving mice, we observed both uniform and gradient 5-HT release in the mouse dorsal cortex with mesoscopic imaging. Finally, we performed dual-color imaging and observed seizure-induced waves of 5-HT release throughout the cortex following calcium and endocannabinoid waves. In summary, these 5-HT sensors can offer valuable insights regarding the serotonergic system in both physiological and pathological states.