発達過程の電気的活動の役割を解明するための、光学的蛋白質性分子ツールの開発

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申請者は、ほ乳類の中枢神経の発達とイオンチャネルの役割について研究したいと考えている。本研究では、実際の神経細胞で適用可能な、蛋白性の光学的膜電位センサー、および電気的興奮を光学的に誘発する蛋白性分子の開発を目指し、我々が原索動物ホヤから新規に見いだした膜電位センサーを持つ酵素(VSP)とGFPの融合蛋白から、蛋白性膜電位センサーの開発を行った。VSPは、電位依存性イオンチャネルと同様の構造を持つ電位センサーと、フォスファチジルイノシトールの脱リン酸化を行う酵素ドメインを持っており、我々の研究から、膜電位を感受することにより、酵素活性が変化することが示唆された(Nature,2005)。この性質は、膜電位センサーが電位の変化を関知することにより、酵素ドメインに何らかの構造変化を引き起こす結果と考えられる。この構造変化のメカニズムを解明することは、我々が目指す光学的膜電位センサーを開発する上で非常に有用であると考え、蛋白性の光学的膜電位センサーを開発するための前段階として、膜電位センサーの元となる、新規膜電位感受性酵素(VSP)の機能解析を行い、VSPが脱分極により活性化されること、また、PIP_3以外にPIP_2も基質とする事を見出した(論文投稿中)。VSPの電位依存性は脱分極側に偏っており、このままでは電位センサープローブとしては適していない。そこで、電位依存性が生理的範囲に近い変異体の探索を行い、過分極側に電位依存性をシフトさせた変異体の作成に成功した。これらの成果を元に、蛋白性膜電位センサーの開発に着手した。VSPとGFPの融合蛋白の作成のため、トランスポゾンを用いてCWSPへの蛍光タンパクのランダムな挿入を試み、蛍光を発する複数のクローンを得た。現在は、これらのクローンが電位依存的に蛍光強度を変化させるかどうかを検討中である。