リアルタイムで脳の「入力信号」を可視化する革新的なタンパク質センサーが開発される

アレン研究所とHHMIジェニリア研究キャンパスの研究者らが、ニューロンからの入力化学信号を記録できる特殊なタンパク質を開発し、脳活動研究において大きな一歩を印しました。このグルタミン酸分子インジケーターは「iGluSnFR4」と名付けられ、中枢神経系における主要な興奮性神経伝達物質であるグルタミン酸の放出を極めて正確に捉えることを目的としています。この画期的な研究成果は、最近、学術誌『Nature Methods』に掲載され、GENIEプロジェクトチームが本研究に参画しました。

この新規センサーの最も重要な特性は、その並外れた感度にあります。具体的には、単一のシナプス小胞レベル、すなわち神経伝達物質分子の個々の放出単位を検出できる精度でグルタミン酸を検知可能です。本論文の筆頭著者であるアレン研究所のカスパル・ポドゴルスキー博士と、ジェニリア研究キャンパスのジェレミー・ハッセマン博士は、この技術の意義を強調しました。ポドゴルスキー博士によれば、従来の研究では、脳内の情報伝達の「出力側」である電気的インパルスしか追跡できず、脳の理解が限定されていました。しかし、この新しいツールは、その障壁を取り払い、ニューロンがどのように情報を受け取っているかを直接監視することを可能にします。これは、記憶や認知機能の基盤を形成する入力パターンを解読する上で極めて重要です。

iGluSnFR4センサーには、機能の異なる二つのバリエーションが提供されています。一つは、高速なシナプスダイナミクスを追跡するための「iGluSnFR4f」（速い不活性化型）であり、もう一つは、より広範なシナプス集団の活動を記録するための「iGluSnFR4s」（遅い不活性化型）です。開発過程では、千種類を超えるバリアントが精査され、マウスの視覚野を含む様々な領域において、二光子顕微鏡を用いた厳密なテストが実施されました。

この科学的ブレイクスルーは、神経変性疾患や精神疾患の研究に新たな地平を切り開きます。グルタミン酸シグナル伝達の異常は、アルツハイマー病、統合失調症、自閉症、てんかんといった病態と関連付けられています。これらの信号をより詳細に追跡できるようになることで、病気の根本原因の特定と治療法の開発が加速されることが期待されます。製薬企業にとっても、実験的な薬剤がシナプス活動に及ぼす影響をリアルタイムで検証できるという大きな利点があります。

オープンサイエンスの理念に基づき、iGluSnFR4センサーは非営利のリポジトリであるAddgeneを通じて研究コミュニティに提供されています。この迅速な共有体制により、ニューロピクセル電気生理学のような最先端の手法への本センサーの導入が促進され、神経科学全体の進展に寄与するものと見られています。