Abstract Calcium in interstitial fluids is central to systemic physiology and a crucial ion pool for entry into cells through numerous plasma membrane channels. Its study has been limited by the lack of methods that allow monitoring in tight inter-cell spaces at high spatio-temporal resolution. We engineered high performance ultra-low affinity genetically encoded calcium biosensors named GreenT-ECs. GreenT-ECs combine large fluorescence changes upon calcium binding and binding affinities (K D ) ranging from 0.8 mM to 2.9 mM, making them uniquely tuned to calcium concentrations in extracellular organismal fluids. We validated GreenT-ECs in rodent hippocampal neurons and transgenic zebrafish in vivo , where the sensors enabled monitoring homeostatic regulation of tissue interstitial calcium. GreenT-ECs may become useful for recording very large calcium transients and for imaging calcium homeostasis in inter-cell structures in live tissues and organisms.

Abstract Key functions of Ca 2+ signaling in rodent microglia include monitoring the brain state or the surrounding neuronal activity and sensing the danger or damage in their vicinity. Microglial Ca 2+ dyshomeostasis is a disease hallmark in many mouse models of neurological disorders but the Ca 2+ signal properties of human microglia remain unknown. Using a newly developed toolbox, we analyzed in situ Ca 2+ signaling of decades-old human cortical microglia. The data revealed marked compartmentalization of Ca 2+ signals, with signal properties differing across the compartments and resident morphotypes. The basal Ca 2+ levels were low in ramified and high in ameboid microglia. The fraction of cells with ongoing Ca 2+ signaling, the fraction and the amplitude of process Ca 2+ signals and the duration of somatic Ca 2+ signals decreased when moving from ramified via hypertrophic to ameboid microglia. In contrast, the size of active compartments, the fraction and amplitude of somatic Ca 2+ signals and the duration of process Ca 2+ signals increased along this pathway.