研究推進・研究倫理ゼミ

光操作技術を用いた脳研究

2013.10.24 平成25年度第6回研究推進・研究倫理ゼミ

創生応用医学研究センター 新医学領域創成分野 松井 広 先生

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先生は、脳科学の分野で、「心とは何か?」という問いに対し、電気生理学・二光子イメージング・オプトジェネティクスといった最先端の技術を駆使して挑んでいらっしゃいます。

始めに、脳科学の発展における計測技術、「オプトジェネティクス」の登場について。
心と脳の研究には、「相関関係」ではなく「因果関係」を調べることが必要だ、と先生は強調されます。脳の活動を人為的に操作した時にどんな行動につながるのかという「因果関係」を調べる研究。これは従来の手法では不可能でしたが、生きている動物の特定の細胞に光を当てることでその細胞の活動だけを自在に制御(光操作)できる「オプトジェネティクス」が可能にしました。
先生が開発に携われた「KENGE-tetシステム」により、光操作のコアとなる光感受性分子 Channelrhodopsin-2(ChR2)を、狙った細胞腫特異的に高発現させた遺伝子改変マウスが得られます。この画期的技術によって、脳における特定の細胞の状態と行動との関連を詳細に解析することができるようになったのです。

講義2

続いて、先生がオプトジェネティクスを用いて明らかにした研究知見について、多くの図解、写真や動画をもとにわかりやすくお話しいただきました。先生は、シナプス小胞の開口放出にはグリア細胞へ向けた異所放出があることを世界で初めて明らかにしています。加えて、グリア細胞にオプトジェネティクスを応用するという世界初の試みを実践することで、今まで刺激する手法のなかったグリアの活動を光操作で自在に制御し、グリアから神経への信号伝達の存在、グリアからのグルタミン酸放出を発見しました。つまり、神経とグリアの間では信号が飛び交っているのです。更に、先生の研究からグリアが行動や学習に影響を与えることまでわかりました。したがって、脳内の情報処理を理解する為には、神経回路の活動を理解するだけでなくグリア回路の関わりも明らかにする必要がある、と先生は熱く語られていました。

解析手法の問題もあったため過去にあまり注目されていなかったグリアですが、グリアが意識に影響する可能性も示されつつ、「心の状態や活動をつくりだす源は、グリアにあるのではないか」という新たな可能性が提示されたことは非常に興味深いものでした。

後半では、オプトジェネティクスの意外な使い道としてChR2を「細胞内のpHを操作するツール」としたこと、それが臨床的応用「グリア細胞内のpHコントロールが虚血性脳障害を防ぐ為の新たな治療ターゲットになる」という可能性を見いだした研究成果に至るまでを紹介してくださり、光操作の有用性が実感できました。

本講演を通して、既成概念にとらわれずに独創的なアプローチをされている先生の研究には大変刺激を受けました。大学院生へのメッセージとしても「世界最先端の技術も小手先と考え、独創的な切り口で新しい解釈を見つけてほしい」とのこと。

質疑

様々な分野に応用できる大きな可能性を秘めたオプトジェネティクス。これをツールとし、新たな世界最先端の研究が創造されることに期待が高まりました。

文責:精神・神経生物学分野 大学院生 久保 有美子
撮影:画像診断学分野 大学院生 高根 侑美

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