清中茂樹 工学研究科准教授、浜地格 同教授、柚崎通介 慶應義塾大学教授らの研究グループは、脳内にあり、記憶の強化や減弱に深く関わる神経伝達物質受容体であるAMPA受容体に蛍光の目印をつけ（蛍光標識）、イメージングで動きを調べることができる新たな手法を開発しました。
本研究成果は、2017年4月7日午後6時に英国の科学雑誌「Nature Communications」に掲載されました。
研究者からのコメント
従来の問題点を克服した本手法が広く用いられることで、神経細胞におけるAMPA受容体の機能解明、ひいては記憶の分子メカニズム解明が大きく加速し、前進すると期待されます。また、AMPA受容体は神経疾患や精神疾患に関連することが分かってきており、本手法を用いてAMPA受容体の異常を調べることで、それら疾患の原因解明や新たな診断方法として活用できると期待されます。
本研究成果のポイント
- 記憶の分子メカニズムを究明するために、神経細胞の表面にある神経伝達物質受容体だけに目印をつけ、動きを観察できる手法が求められていた。
- 細胞表面の受容体だけを蛍光標識する有機化合物を開発し、これまで観察が困難だった脳深部にある受容体も可視化できた。
- この分子技術を用いて受容体の異常を調べることで、神経疾患や精神疾患の原因解明や新たな診断方法の開発が期待される。
概要
AMPA受容体はグルタミン酸受容体の一種であり、記憶の強化や減弱に伴い細胞膜上での発現量が変わることが知られています。記憶の分子メカニズムを詳細に究明するためには、細胞膜上のAMPA受容体に目印をつけて、その動きをイメージングによって観察できる技術の開発が不可欠です。これまでに、蛍光たんぱく質や抗体を使ってAMPA受容体を蛍光標識する技術が開発されていますが、細胞膜上だけでなく細胞内の受容体も標識されてしまい、脳組織への適用ができないといった難点があり、記憶の分子メカニズム解明が滞っている一因となっています。
そこで本研究グループは、AMPA受容体を蛍光標識できる新たな有機化合物（ラベル化剤）を開発し、生きた神経細胞や脳組織にも適用できることを見出しました。このラベル化剤を用いた方法では、細胞膜上にある受容体だけに、その機能を保ったままで蛍光の目印をつけられます。観察の結果、情報伝達を担う神経伝達物質受容体の神経細胞膜上での動きが、従来考えられていたよりもかなり制限されていることを明らかにしました。また、ラベル化剤は小さいため抗体に比べて組織浸透性が高く、これまで蛍光標識が難しかった脳組織の深部にある受容体にも適用できることを実証しました。
図：新たに開発した有機化合物によるAMPA受容体の蛍光標識
（a）AMPA受容体蛍光標識戦略の模式図。（b）AMPA受容体を発現させたがん細胞株にラベル化剤を添加し、洗浄した際の顕微鏡観察結果
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】 https://doi.org/10.1038/ncomms14850
【KURENAIアクセスURL】 http://hdl.handle.net/2433/219507
Sho Wakayama, Shigeki Kiyonaka, Itaru Arai, Wataru Kakegawa, Shinji Matsuda, Keiji Ibata, Yuri L. Nemoto, Akihiro Kusumi, Michisuke Yuzaki & Itaru Hamachi.(2017). Chemical labelling for visualizing native AMPA receptors in live neurons. Nature Communications, 8, 14850.
