経頭蓋非侵襲光刺激を可能とする光遺伝学ツールの探索

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K19630
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 冨岡 寛顕 埼玉大学, 教育学部, 教授 (50212072)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Keywords: 光遺伝学 / 脳科学 / 微生物型ロドプシン / イオンポンプ / イオン輸送 / 光受容蛋白質

Outline of Annual Research Achievements

光により神経細胞を操作するという光遺伝学は2005年に最初に報告された。それ以来瞬く間に全世界に広まり、現在では当たり前の技術となっているが、未だ発展途上である。この光遺伝学をさらに発展させるためには、その方法の根幹をなす光感受性の蛋白質（ツール）の開発研究が重要である。光遺伝学の最初の論文では青色光により開口し、陽イオンを透過させるチャネルロドプシン２という緑藻類クラミドモナス由来の微生物型ロドプシンがツールとして用いられた。その後も光遺伝学では種々の微生物型ロドプシンが用いられ、吸収の長波長化、光反応時間短縮、光感受性向上、発現量上昇、膜移行量の向上が変異体作成等により図られてきた。本研究は、新規のツールになりうる微生物型ロドプシンを求めて自然界を探索するというものである。地球上の極限環境の一つである高塩濃度環境から有望な株はまだ得られていない。この研究過程で有望そうな別な種類の極限環境から新規のツールが得られる可能性があることを示唆するデータを得たので、その極限環境の候補地を絞り込んだ。立ち入りが自由な場所ではなく、そこの所有権者突き止めに時間を要したが、、その場所への立ち入りの許可も得られたので、純粋培養を含めた古典的な方法からメタゲノム解析までを含めて準備を整え、試料採取を行う。培養が困難な場合は、ゲノム解析を行い塩基配列の情報を得て、コドンの最適化をした遺伝子を人工合成し、ベクターに組み入れ、大腸菌での発現を試みる。塩基配列の情報を得ることで蛋白質のアミノ酸配列が得られたならば、その配列を従来のものと比較することで長波長化に関与するアミノ酸残基の推測ができる可能性がある。大腸菌での発現も成功しているならば、長波長化関与のアミノ酸の変異体作成も試みる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

高塩濃度環境から有望な株はまだ得られていないが、今後も粘り強く続けていく。研究の過程で異なる極限環境での探索が有望であることを示唆するデータを得たので、探索準備に入ったが、候補地の絞り込みに時間を要した。さらにその場所は民間の所有地であり、所有権者の突き止めと許可を得るのに時間を要した。このようなことはよくあることであり、ぎりぎり想定の範囲内と言えるであろう。

Strategy for Future Research Activity

塩濃度の高い極限環境からの新規の細菌単離は粘り強く継続しながら、有望そうな別の極限環境の探索の準備をさらに進め、何とか年度前半に第一回目の試料採取までもっていき、新規のツールに結びつくような蛋白質又はそのアミノ酸配列情報を得たい。

Causes of Carryover

この研究は代表者が一人で進めている研究であるが、単純な繰り返し作業部分などは学部学生と大学院生に手伝ってもらっている。学部学生は就職活動終了後の後期になると作業を担ってもらっているが、特に昨年秋以降、インフルエンザ等により、学部生と院生の作業が滞った。加えて、ここ数年の傾向であるが学生の学力低下が急で、質問応答などに費やす時間増加もあり、残額が多めに出てしまった。初年度も採択決定後の研究期間が短かったことによる残額出たためその残額と合わせた額が残った。学部生と院生の学力及び作業遂行能力低下も著しいので、可能な範囲で受託サービスなどの活用も視野に入れ使用する計画である。