神経回路メカニズムの解明に向けた神経狙い撃ち制御法及び高感度神経抑制分子の開発

开发神经靶向控制方法和高灵敏神经抑制分子以阐明神经回路机制

• 批准号: 18H06051
• 负责人: 渋川 敦史
• 金额: $ 1.91万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-08-24 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18H06051/
• 关键词: ロドプシン; ホログラフィ; 光遺伝学; 光受容たんぱく質

光遺伝学は，動物の行動と神経活動のパターンをリンクさせ，神経回路のメカニズムを細胞レベルで理解するためのツールとして，大きな注目を集めている．本研究では，2015年に発見されたアニオンチャネルロドプシン(ACR)を動物に発現させることで，「より強力かつ安全な神経抑制」を実現し，その有用性の検証として，線虫における「神経回路メカニズムの解明」を目指した．2018年8月~2019年3月の期間において，ACRを発現する線虫の発現系を確立し，代表的な抑制性ロドプシン(AR3)との比較からACRの光遺伝学における有用性を検証した．①行動麻痺する線虫の割合から， ACRの方がAR3と比べおよそ1000倍高い光感度を持つことを実証した．②長時間露光における線虫の生存率から，AR3とACRの毒性を調べた．AR3を発現する線虫は30時間以内に全滅したのに対し，ACRを発現する線虫は30時間経過後もほとんど生き延びることが分かった．外向きプロトンポンプとして機能するAR3に長時間光を照射することで，細胞外のpHが下がり，線虫の神経細胞にアポトーシスが起きたと考えられる．③ACRの持続的な神経抑制効果をオレキシン神経の自然発火率を用いて調査した．AR3では光照射開始からおよそ1分後に自然発火が始まってしまうのに対し，ACRは光照射から5分後においても自然発火を抑制できることが明らかになった．以上のことから，ACRは①光感度，②光毒性，③持続的抑制の観点から，極めて有用な光遺伝学ツールになることが明らかになった．以上の研究成果は，査読論文誌Scientific Reportsに提出済みである．

光遗传学作为连接动物行为和神经活动模式以及在细胞水平上理解神经回路机制的工具而引起了广泛关注。在这项研究中，我们的目标是通过在动物中表达 2015 年发现的阴离子通道视紫红质 (ACR) 来实现“更强、更安全的神经抑制”，目的是阐明其机制。 2018年8月至2019年3月期间，我们建立了表达ACR的线虫表达系统，并通过与代表性的抑制性视紫红质（AR3）进行比较，验证了ACR在光遗传学中的有用性． ① 从行为麻痹的线虫百分比来看，我们证明了 ACR 的光敏感性比 AR3 高约 1000 倍。 ②根据线虫长期暴露的存活率考察AR3和ACR的毒性。结果发现，表达AR3的线虫在30小时内被消灭，而表达ACR的线虫甚至在30小时后大部分仍存活。据认为，通过用光长时间照射充当向外质子泵的AR3，细胞外pH值降低并且线虫神经元发生细胞凋亡。 ③我们利用食欲素神经元的自发放电率研究了ACR的持续神经抑制作用。与在光照射开始后约1分钟后开始自燃的AR3相比，发现ACR甚至在光照射后5分钟也能够抑制自燃。综上所述，从（1）光敏性、（2）光毒性和（3）持续抑制的角度来看，ACR是一种极其有用的光遗传学工具。上述研究成果已提交给同行评审期刊Scientific Reports。

项目成果

In vivo quantitative demonstration of hypersensitive neural silencing activity of anion channelrhodopsins (ACRs) in the nematode Caenorhabditis elegans

在线虫秀丽隐杆线虫中阴离子通道视紫红质（ACR）超敏神经沉默活性的体内定量证明

• 发表时间: 2018
• 作者: Taro Yamanashi;Misayo Maki;Keiichi Kojima;Atsushi Shibukawa;Shin Takagi & Yuki Sudo
• 通讯作者: Shin Takagi & Yuki Sudo