研究者らはニューロン間の微妙なグルタミン酸シグナルを検出するタンパク質を設計し、脳の通信のこれまで隠されていた側面を明らかにした。このツールは、脳細胞が入力情報を処理する方法をリアルタイムで観察することを可能にし、学習、記憶、神経障害に関する研究を進展させる可能性がある。Nature Methodsに掲載された発見は、神経科学における画期的な進歩を強調している。
脳のニューロンは電気的および化学的シグナルを通じて通信するが、これまで科学者たちは出力される電気メッセージのみを観察でき、入力される化学的交換は大部分が見えなかった。新たなタンパク質センサー、iGluSnFR4（「glue sniffer」と発音）は、シナプスでの微弱なグルタミン酸放出をリアルタイムで捕捉することでこれを変える。脳の主要な興奮性神経伝達物質であるグルタミン酸は、学習や記憶などのプロセスに不可欠だが、その短く弱いシグナルは測定が困難だった。
Allen InstituteとHHMIのJanelia Research Campusのチームによって設計されたiGluSnFR4は、最小のシナプスイベントさえ検出できるほど敏感な分子指標として機能する。これにより、研究者たちは個々のニューロンが発火を決定する前に数千の入力をどのように統合するかを観察でき、思考や決定の基盤となる複雑な脳計算を明らかにする。
「すべての単語が乱れた本を読んでいて、単語の順序や配置を理解できないようなものだ」と、Allen Instituteの主任研究員で筆頭著者のKaspar Podgorski氏は説明した。「ここで我々が発明したのは、異なるソースからニューロンに入力される情報を測定する方法であり、神経科学の研究で欠けていた重要な部分だ」
このツールは疾患研究にも有望だ。グルタミン酸シグナリングの乱れはアルツハイマー病、統合失調症、自閉症、てんかんなどの疾患に関与している。これらのシグナルを精密に監視することで、科学者たちは疾患メカニズムをより良く理解し、潜在的な治療法をテストできる。
センサーの成功には協力が鍵だった。「iGluSnFR4の成功は、HHMIのJanelia Research CampusでGENIE ProjectチームとKaspar氏のラボとの緊密な協力から生まれた」とJaneliaの科学者Jeremy Hasseman氏は述べた。このタンパク質はAddgeneを通じて研究者に提供されており、神経科学でのより広範な使用を促進する。
この進歩は、完全な神経会話の観察におけるギャップを埋め、断片的視点から脳機能の包括的な洞察へ移行する。
