京大ら,光で記憶を消去する技術を開発

京都大学,理化学研究所,大阪大学は,光を使って記憶を消去する技術を開発した(ニュースリリース)。

記憶は海馬で短期的に保存された後,皮質で長期的に保存される。この現象は「記憶の固定化」と呼ばれるが,それを担う細胞活動は完全には解明されていなかった。

記憶の細胞単位の現象として,細胞間の神経活動の伝達効率が上昇するシナプス長期増強(LTP)により誘導された細胞で記憶が形成されていると考えられている。したがって,記憶の固定化の過程でLTPが誘導される細胞と時間を調べることで,記憶がいつ,どの細胞に保持されているかが分かるが,それを調べる技術は無かった。

LTPに伴って,シナプス後部のスパインが拡大するsLTP(structural LTP)が知られている。このスパインの拡大にはcofilinという分子が重要なため,研究グループはcofilinを不活化することで,光によってsLTPとLTPを消去する技術を開発した。

イソギンチャク由来の光増感蛍光タンパク質であるSuperNovaは光を照射すると活性酸素を放出し,周囲のタンパク質を不活化する。この性質を利用してcofilinを不活化すると,LTPが消去された。これまでにも薬剤を使ってLTPを消去する手法はあったが,狙った場所・時間でだけLTPを消去することが初めて可能となった。

この技術を使って,学習の直後,あるいは学習後の睡眠中の海馬に光を照射したところ,それぞれで記憶が消去された。これは学習直後とその後の睡眠において2段階のLTPが海馬で起きていたことを示しており,その段階的なLTPによって海馬で短期的な記憶が形成されることを明らかにした。

次に,細胞の活性を観察したところ,学習直後のLTPにより細胞は学習空間で特異的に発火するようになり,さらにその後の睡眠中のLTPによって細胞同士が同期して発火するようになることを見出した。

これまでにも,記憶を担う細胞群(セルアセンブリ)は同期あるいは相関した発火を示すことが知られており,この発見により,記憶を担う細胞が形成される過程をより詳細に見ることができた。

さらに記憶が皮質に移る時間枠を知るために,前帯状皮質でのLTP時間枠を調べたところ,学習の翌日の睡眠中に前帯状皮質でLTPが誘導されていることが分かり,長期的に保存されるための記憶は学習の翌日には既に皮質に移行し始めていることが分かった。

LTPに関わるシナプスの異常は様々な記憶・学習障害だけではなく,統合失調症やうつ病の発症にも関与することが示唆されているため,今回の知見が治療法につながることが期待されるとしている。

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