遺伝子ターゲッティング可能な光駆動性プロトンポンプによるニューロンの効率よい光学的活動停止

CHOW Brian Y.; HAN Xue; DOBRY Allison S.; QIAN Xiaofeng; CHUONG Amy S.; LI Mingjie; HENNINGER Michael A.; BELFORT Gabriel M.; LIN Yingxi; MONAHAN Patrick E.; BOYDEN Edward S.

文献

J-GLOBAL ID：201002297380859772 整理番号：10A0059897

遺伝子ターゲッティング可能な光駆動性プロトンポンプによるニューロンの効率よい光学的活動停止

High-performance genetically targetable optical neural silencing by light-driven proton pumps

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資料名：
巻： 463 号： 7277 ページ： 98-102 発行年： 2010年01月07日
JST資料番号： D0193B ISSN： 0028-0836 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：イギリス (GBR) 言語：英語 (EN)

遺伝学的に特定したニューロンの活動を厳密に時間を決めて停止させることができれば,神経回路の演算過程,行動や病理的変化に,特定のクラスのニューロンが果たしている役割について調べられるようになるだろう。本論文では,特定の種類の光駆動型外向きプロトンポンプにより,強力かつ安全に,複数の波長で神経活動停止を起こせることを示す。高度好塩古細菌であるHalorubrum sodomenseのアーキロドプシン3(Arch)遺伝子を,ウイルスを使ってマウス皮質に導入・発現させ,黄色光を照射すると,覚醒脳のニューロンをほぼ100%の割合で活動停止させることができる。Archは弱い光照射でも数百ピコアンペアの電流を誘起し,in vivoでも容易に実現できる強さの光では900ピコアンペアに近い電流を生じてニューロンの活動を停止させる。またArchは,光依存的な不活性化から自発的に回復する点で,受光後長時間不活性状態にとどまる光駆動性塩素イオンポンプと異なる。Archのこうした性質は,かなりの体積の脳を,行動観察可能な時間スケールで光学的に活動停止させるのに適している。Archの光照射により生じるpH変動は,自己制限機構によって,チャネルロドプシンや自然のスパイク発火によって起こるpH変化と同程度のレベルに抑えられるため,Archのニューロン内での働きは十分許容される。プロトンポンプがさまざまな生態に幅広く存在し,ゲノムも多様であることが新しい実験手法につながりうることを示すために,子嚢菌類のLeptosphaeria maculans由来の青緑色光で駆動されるプロトンポンプ(Mac)をニューロンに発現させると,青色光により活動を停止できるようになり,ほかの既存の試薬と併用すれば,青色光と赤色光で2つのニューロン集団を独立に活動停止可能であることを明らかにした。したがって,光駆動性プロトンポンプは,電位やイオンの「光遺伝学」的な操作手段として高効率で非常に用途が広く,神経科学,生物学,神経病学,精神医学分野での新しい研究を広く可能にするだろう。Copyright Nature Publishing Group 2010

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遺伝子操作 , 神経系一般

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