Development of Optogenetic Tools for Manipulating Dense-Core Vesicle Dynamics

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K19356
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 46:Neuroscience and related fields
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: Ohtsuka Toshihisa 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (40401806)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: 光遺伝学 / シナプス / 光ツール / 有芯小胞

Outline of Final Research Achievements

We have newly developed a bacterial photoactivatable adenylate cyclase (bPAC-Syn1a) that localizes to presynapses, and a light-controlled phospholipase Cβ (opto-PLCβ). Using bPAC-Syn1a, we observed light-dependent short-term potentiation in the projection from the parabrachial nucleus to the central amygdala in the mouse brain. With opto-PLCβ expressed in the amygdala, we observed strong long-term potentiation induced by a pairing protocol. This protocol involved pairing excitatory postsynaptic potentials, triggered by presynaptic stimulation of thalamic afferents, with mild post-synaptic depolarization. These findings suggest the potential for manipulating dense-core vesicle dynamics using these optogenetic tools.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

シナプス小胞の放出において、光を用いた操作・介入できる新たな技術・ツールの開発に成功した。本研究の成果によりシナプス可塑性の人為的な介入が可能となり、神経機能における細胞制御および高次機能制御のメカニズムの解明に寄与し、将来的には、学習・記憶障害、神経変性疾患、糖尿病、肥満などの治療法の開発に貢献する可能性がある。また、細胞生物学全般に大きなインパクトを与え、新たな生命科学の分野を開拓する可能性を秘めている。これらの成果は、科学的知識の進歩だけでなく、社会全体の健康と福祉の向上にも寄与すると考えられる。