脳情報動態の多色HiFi記録を可能にする超高感度カルシウムセンサーを開発:医療技術ニュース
東京大学は、脳情報動態の多色HiFi記録を可能にする超高感度カルシウムセンサーの開発に成功したと発表した。自閉症などの精神疾患や、てんかんなど神経疾患の病態解明につながることが期待される。
東京大学は2019年5月10日、脳情報動態の多色HiFi記録を可能にする超高感度カルシウムセンサーの開発に成功したと発表した。本研究は、同大学大学院医学系研究科 特任助教の井上昌俊氏が、山梨大学と共同で行ったものだ。
研究では、カルシウム(Ca2+)が神経発火に伴い細胞内に流入することを生かした蛍光Ca2+センサー(GECI)を基に、超高感度かつ超高速Ca2+センサーの青、緑、黄、赤色の「XCaMP」シリーズを開発。これにより、生きた哺乳類脳の神経発火活動、シナプス活動を計測でき、マウス生体内で高頻度発火神経細胞の発火パターンの読み取りや3種の異なる細胞種の多重計測に成功した。
研究グループは、GECIの線形性の改善に注目し、神経細胞由来タンパク質CaMKKのCaM結合配列を参考にした新規配列を設計して挿入。加えて、複数個所に変異を導入し、Ca2+応答が最速のXCaMP-Gf、および単一の活動電位に伴うCa2+応答が最大のダイナミックレンジを持つXCaMP-Gを開発した。
さらに、多色化変異を試み、青色のXCaMP-B、黄色のXCaMP-Y、赤色のXCaMP-Rを創出。Hill係数(Ca2+と蛍光強度変化の協同性を示す指標)がおよそ1付近の値をとり、生体内Ca2+計測に有効な線形GECIシリーズ、XCaMPを作成した。
次に、Hill係数を1にした効果を確かめるため、マウス生体内大脳皮質興奮性錐体細胞において2光子イメージング法と電気生理法を同時に検証。その結果、全てのXCaMPセンサーが神経発火回数と蛍光強度の変化の間に強い線形の関係を有することを見出した。このセンサーをマウスに用い、パルアルブミン陽性細胞の発火パターンを従来のGECIよりも最も精度良く読み取れることを実証した。
また、青色GECIのXCaMP-Bを作成し、ファイバーフォトメトリー法を用いてマウス前頭前野における異なる3種類の神経細胞種のPV陽性細胞およびソマトスタチン陽性細胞の活動同時計測に成功。その結果、抑制性PV陽性細胞がSST陽性細胞に先行して活動し、その相前後に興奮性錐体細胞が活動するという各細胞種が時間的に制御されていることを突き止めた。
XCaMP-YとXCaMP-Rを用いて、生体内において興奮性細胞の樹状突起と抑制性細胞の軸索の同時計測に成功し、時空間的な軸索、樹状突起の制御も解明。最後に、XCaMP-Rが赤色と長波長シフトしているために光の組織内散乱が少ないことを利用し、非侵襲的に海馬CA1領域の錐体細胞神経活動の直接計測を行った。
今後は、複数細胞種の神経ダイナミクスの破綻により発症すると考えられる自閉症や統合失調症などの精神疾患の神経基盤の解明が期待される。また、Ca2+動態の異常が関連する循環器疾患、アレルギーなどの原因解明や創薬スクリーニングの精度向上も期待される。
関連記事
- 脳磁図データから神経疾患を自動診断、ディープラーニングで
大阪大学は、脳磁図から神経疾患を自動診断するシステム「MNet」を開発した。これを用いて、脳磁図データから複数の神経疾患を自動判定できることを示した。 - 脳の働きに重要なIP3受容体の動作原理を解明、神経疾患や認知症の治療に貢献
理化学研究所は、記憶や学習などの脳機能に必要なIP3受容体の動作原理を、X線結晶構造解析と変異体の機能解析によって解明した。今後、神経疾患や認知症の治療/予防に役立つことが期待される。 - 脳と脊髄はどうつながっている? 運動の「神経地図」を解明
新潟大学は、脳と脊髄を結ぶ皮質脊髄路の中に、多様な神経回路が存在することを発見した。また、それらが運動動作をコントロールする「神経地図」としての働きを示すことを明らかにした。 - 下肢装着型補助ロボットによる治療実用化で再委託研究開発契約を締結
サイバーダインは、希少難治性脊髄疾患への適応拡大承認を目的とした多施設共同医師主導治験に関して、国立病院機構新潟病院と再委託研究開発契約を締結することを決定した。 - 「こころの個性」に関わる遺伝子とその進化過程を解明
東北大学は「こころの個性(精神的個性)」に関わる遺伝子を特定し、その進化機構を明らかにした。ヒトのこころの多様性が進化的に維持されている可能性を、進化遺伝学的手法によって初めて示した。 - 過敏性腸症候群のメカニズム解明へ、腹痛時の自律神経活動をスマホのカメラで測定
東北大学大学院医学系研究科の福土審教授らは、同情報科学研究科との異分野連携により、腹痛時の自律神経活動を測定、記録できるiPhoneアプリ「おなかナビ」を開発した。また同アプリを用いた過敏性腸症候群の神経活動調査を開始した。
関連リンク
Copyright © ITmedia, Inc. All Rights Reserved.