光で記憶を操る！新たな技術「光駆動型ホスホリパーゼCβ」を開発

光で細胞の脂質シグナルを自在に操り、記憶形成の強化に成功

東京慈恵会医科大学総合医科学研究センター臨床医学研究所の渡部文子教授らは、山梨大学大学院総合研究部生化学講座第一教室の金然正特任助教、浜田駿助教、大塚稔久教授らと、光で細胞の脂質シグナルを自在に操る画期的な技術「光駆動型ホスホリパーゼCβ (opto-PLCβ)」を共同開発しました。
この技術は青色光を当てることで細胞膜上のリン脂質（ホスファチジルイノシトール：PIP2）を切断し、細胞内セカンドメッセンジャーとして知られるイノシトール３リン酸 (IP3) とジアシルグリセロール (DAG) へと変換します。これにより、細胞内のカルシウムイオン濃度を増加させ、脂質二重膜の動態変動とシグナル伝達を制御することが可能となります。
本研究成果は、日本時間2024年4月6日にCell Chemical Biology誌に掲載されます。

opto-PLCβの仕組み

opto-PLCβは、光によって活性化するタンパク質と細胞膜に固定するタンパク質を組み合わせたものです。青色光を当てると、二つのタンパク質が結合し、細胞膜上のPIP2というリン脂質を切断します。神経細胞の場合、この切断によって、細胞内シグナル伝達が活性化し、記憶形成などにつながる細胞機能が変化します。

マウス実験で記憶形成の強化に成功

研究チームは、opto-PLCβを発現させたマウスに青色光を当てることで、恐怖記憶の形成を強化することに成功しました。これは、opto-PLCβが光によって記憶形成に関わるシグナル伝達を制御できることを示しています。

記憶形成のメカニズム解明や新薬開発に貢献

opto-PLCβは、記憶形成に関わる脳内のシナプス可塑性や、神経細胞の興奮伝達を光で制御できるため、記憶形成のメカニズム解明や、神経疾患の治療法開発に役立つことが期待されます。

今後の展開

opto-PLCβは、脳・神経科学だけでなく、様々な分野で応用が期待されます。例えば、光によって癌細胞の増殖を抑制したり、光で遺伝子発現を制御したりすることが可能になるかもしれません。

【研究成果】

青色光で活性化するホスホリパーゼC、opto-PLCβを開発しました。
opto-PLCβの光依存的活性化による細胞膜脂質の変動や細胞内カルシウム濃度上昇を可視化しました。
opto-PLCβを発現させたマウス脳で青色光によるシナプス可塑性を誘導することに成功しました。
青色光によりopto-PLCβを発現するマウスの恐怖記憶の形成を強化できることを示しました。