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

2021 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 – 2023-03-31
• Keywords: 光遺伝学 / 脳科学 / 微生物型ロドプシン / イオンポンプ / イオンチャネル / 光受容蛋白質 / 膜電位 / イオン輸送

Outline of Annual Research Achievements

2005年に開発され、その後瞬く間に全世界に広がり、現在では普及した技術となった光遺伝学は神経細胞を光により操作するというものである。普及はしたが、その技術は未だ完成したとは言えず発展途上である。この光遺伝学の進歩には、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、膜移行量の向上が新規ロドプシン探索や変異体作成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未だ得られていない。この研究過程であまり着目されてこなかった別種の極限環境から新規のツールを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み試料採取に成功した。有色の有望コロニーを３個得て、ゲノム解析を試みた。内２株はゲノム解析に成功した。得られた塩基配列情報から含まれる微生物型ロドプシンと推測されるアミノ酸配列を求めたところ既報のものとは異なるが、期待できるような新規性はなかったが、ゲノム解析にもっていくところまでは成就したのでこの経験を活かして残りの期間で何とか目的達成を目指す。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新型コロナの影響を強く受けている。残念ながら計画していた高塩濃度環境からは候補となる株はまだ得られていないが今後も継続する。一方、コロナ禍の中であったが、高塩濃度環境とは異なる極限環境から一度試料採取に成功し、古典的な手法ではあるが、純粋培養により得た有色の三株の遺伝子解析を行い、内二株はDNA試料を得て、ゲノム解読は成功した。各株とも微生物型ロドプシンと考えられる遺伝子を各々一つ有していた。既報のものとは異なるタイプであったが、両者とも推測される機能はプロトンポンプであり、長波長シフトも期待できないものであった。新型コロナにより試料採取が思ったように進まなかったが、新たな文献調査に時間をかけることができたので、より期待できる新規の候補地を見つけることができた。

Strategy for Future Research Activity

塩濃度の高い極限環境からの新規の微生物の単離は粘り強く継続し、有望な別種の極限環境の候補地に試料採取に行き、探索をさらに進め、新規のツールに結び付くような蛋白質のアミノ酸配列の情報を得たい。コロナ禍により探索活動は困難を伴うが何とか最低一度でも試料取得を行うことを目指して進めていく。

Causes of Carryover

この研究は代表者が一人で進めている研究であり、昨年に引き続き新型コロナに大きく影響を受けた。旅行を伴う試料採取を含め研究活動の確保が困難であった点が次年度使用額が生じた大きな理由である。新型コロナの感染状況を注意深く見ながら、何とか試料採取機会を確保し、有望株を得て、今年度活用して有効であった受託サービスなどを次年度も活用して進めていく。