神経の活動を光で操作できるタンパク質を開発

岡山大学大学院医歯薬学総合研究科をはじめとする研究グループは、神経活動の「オン」と「オフ」を光で調節可能な人工タンパク質を開発したと発表しました。動物の神経の動きを光で操作が可能になると、神経疾患などの治療にも役立てられると期待されています。

イオンの流入と神経活動の「オン」「オフ」

動物の脳は数多くの神経細胞から構成され、互いに連携しながら睡眠、運動、記憶学習といった高次脳機能などを制御しています。神経細胞において、情報は電気信号として伝えられ、神経細胞の内側と外側にあるイオンのバランスによって電気信号が生み出されます。正の電荷を帯びたイオン(陽イオン)が細胞の外から中に移動することで神経の活動は「オン」になり、逆に、負の電荷を帯びたイオン(陰イオン)が多く細胞の中に移動すると「オフ」になります。これまでに、光を当てることで神経活動を「オン」にできるタンパク質はいくつか開発されてきましたが、「オフ」にするタンパク質の開発は進んでいませんでした。

光を当てて神経の活動を制御

微生物からヒトに至るまで広い生物種において、細胞膜上にレチナールタンパク質と呼ばれる光感受性のタンパク質の存在が知られています。研究グループはレチナールタンパク質上に存在するアニオンチャネルロドプシン2 (ACR2) に着目し、ACR2のうち4カ所にアミノ酸を組み込んだ人工的なタンパク質を作成しました。この人工タンパク質は緑色光を当てると、細胞外から細胞内に塩化物イオンを流入させます。一方で、赤色光を当てると塩化物イオンの細胞内への流入を停止させます。この性質を利用して、神経細胞内へ、陰イオンである塩化物イオンを流入させることで細胞活動を「オフ」に、反対に細胞内への塩化物イオンの流入を止めることで細胞活動を「オン」にできます。神経細胞同士の連携は生命活動に重要であり、正常な働きが損なわれると、睡眠障害や神経障害にも繋がります。こうした研究が重ねられることで、神経疾患の新規治療法開発にも繋がると期待されています。

出典元
岡山大学 プレスリリース