生理学研究所、シナプスの情報伝達効率を光で強化することに成功

光応答性酵素の開発に成功

自然科学研究機構 生理学研究所の村越秀治准教授らのグループは、生きた動物内で脳神経細胞のシナプスの大きさや機能を１つずつ光で強化することが可能な光応答性酵素の開発に成功しました。この光応答性酵素を用いて、記憶の仕組みを調べることができるだけでなく、弱ったシナプスを回復させるなど、記憶障害の治療法の開発が進むと考えられます。

神経細胞から次の神経細胞へ情報を伝える部位をシナプスと呼びます。近年、シナプスの変化が、記憶や学習、またこれらに関係した神経疾患と深い関係があることが明らかになってきました。認知症等の多くの神経疾患ではシナプスの消失や退縮が見られることが分かってきています。

シナプスの大きさや構成分子が変化すると、神経細胞同士の電気信号の伝達効率が変化します。たとえばシナプスの体積やシナプス内のグルタミン酸受容体が増えることで、情報伝達効率が向上することが分かっています。このような伝達効率の変化は「シナプス長期増強」と呼ばれ、記憶や学習の分子基盤となっていると考えられています。

個々のシナプスの状態を非侵襲的に操作することができれば、神経疾患の治療法の開発や記憶・学習メカニズムの解明が進むと考えられますが、現在までにそのようなツールはありませんでした。

将来の光医療開発の指針となる画期的な成果

村越准教授は「今回の研究では、光応答性に改変したCaMKII酵素を用いることで、生きた動物内で個々のシナプスの機能を強化することに成功しました。また、本研究で開発した分子デザインは細胞内に存在する様々なタンパク質に応用が可能であるため、将来の光医療開発に繋がる画期的な成果であると考えられます」と話しています。

本研究結果は米国科学雑誌Nature Communications誌（日本時間2021年2月2日19時解禁）に掲載されました。

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（文頭画像はイメージ、文中画像はプレスリリースより）

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生理学研究所、神経細胞シナプスの情報伝達効率を光で強化することに成功