阪大,脳活動で特定の遺伝子が活性化する仕組みを観察


大阪大学大の研究グループは,脳機能の基盤となる神経細胞の核内で記憶・学習を司る転写因子CREBを1分子レベルで定量計測することに世界で初めて成功し,神経活動に応答した遺伝子の活性化に重要な動態を明らかにした(ニュースリリース)。

脳において神経細胞は,ネットワークを形成しシナプスを介した電気的活動により脳機能の基盤を成している。この神経活動が繰り返されると神経細胞そのものにも影響を及ぼし,特定の遺伝子のスイッチが入りタンパク質産生が増加することで細胞の形態や生理学的特性を変化させ,ネットワークの精緻化に繋がることによって学習・記憶が生じると考えられている。このような脳の機能も神経細胞を構成するタンパク質の振る舞いによって記述できると考えられているが,その実態は不明な点が多く残されている。

記憶・学習を司る遺伝子として転写因子CREBはよく知られており,この遺伝子が欠損したマウスでは記憶・学習能力が低下し,反対に過剰に産生させた場合には能力の向上が報告されている。脳に繰り返し刺激が入ることによりCREBを介して特定の遺伝子の転写を活性化することは知られていたが,核内のCREBのどうような動きがスイッチとなってコントロールされているのかは不明だった。

この問題を明らかにするために,研究グループは,生きた神経細胞の核内でその過程を1分子レベルで計測する研究を行なった。

培養したマウス大脳皮質神経細胞でCREBだけを蛍光色素で標識して高感度カメラを装着した斜光照明蛍光顕微鏡で観察を行なったところ,CREBは染色体DNAの特異的に認識する塩基配列に数秒間結合することが示された。さらに,神経活動を光遺伝学の手法で活性化させた場合には,その結合の性質を大きく変化させることはないが,限局された核の領域(ホットスポット)に頻度高く結合を繰返すことが分かった。

以上のことから,神経活動に応答したCREBの動態を1分子レベルで捉えることに初めて成功した。特定の遺伝子に頻度高く結合を繰返すことよって転写を促しタンパク質を産生することで,神経ネットワークを調節していることが示唆されるという。

遺伝子スイッチの仕組みが明らかになったことで,今後,記憶・学習に繋がる神経ネットワークの精緻化が進むことが示唆されると共に,この実験の方法を他の数多くのタンパク質の動きの計測に応用することで,「脳の機能を分子の動きとして理解する」ことの大きな進展が期待されるとしている。

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