京都大学は、シナプスのタンパク質を光照射により不活化することで、記憶を消去できる技術を開発した。また、脳の異なる部位に、学習直後やその後の睡眠中に記憶ができるシナプスがそれぞれ存在することを明らかにした。
京都大学は2021年11月15日、シナプスのタンパク質を光照射により不活化することで、記憶を消去できる技術を開発したと発表した。また、脳の異なる部位に、学習直後やその後の睡眠中に記憶ができるシナプス、翌日の睡眠中に記憶ができるシナプスがそれぞれ存在することが明らかになった。大阪大学との共同研究による成果だ。
研究の概要［クリックで拡大］ 出所：京都大学記憶の細胞単位の現象としては、細胞間の神経活動の伝達効率が上昇するシナプス長期増強（LTP）が知られ、LTPが誘導された細胞で記憶が形成されると考えられている。LTPに伴い、シナプス後部のスパインという構造が拡大するsLTPでは、アクチン関連分子のcofilinが重要とされている。
今回の研究では、LTPが発生する時間枠を検出するため、光でLTPを消去する手法を開発。光を照射すると活性酸素を放出して周囲のタンパク質を不活化する、イソギンチャク由来の光増感蛍光タンパク質のSuperNovaを用いてcofilinを不活化し、LTPとsLTPを消去した。
SuperNovaを用いた光によるcofilinの不活化（左）、スパイン形態（RFP）とcofilin（右）［クリックで拡大］ 出所：京都大学この技術を用いて、学習直後や学習後の睡眠中の海馬に光を照射したところ、それぞれで記憶が消去された。このことは、学習直後とその後の睡眠時に2段階のLTPが海馬で起きていたことを示し、段階的なLTPにより海馬で短期的な記憶が形成されていることが分かった。
光照射による学習直後のLTPの消去［クリックで拡大］ 出所：京都大学カルシウムイメージングで細胞活性を観察してみると、学習直後のLTPによって細胞は学習空間特異的に発火するようになった。その後の睡眠中のLTPでは、細胞同士が同期して発火するようになることを確認。記憶を担う細胞が形成される過程を詳細に見ることができた。
さらに、前帯状皮質では、学習翌日の睡眠中にLTPが誘導されていた。このことから、長期保存するための記憶は、学習翌日には皮質への移行を開始していることが明らかとなった。
これまでにも薬剤を用いてLTPを消去する手法はあったが、狙った場所と時間においてのみLTPを消去することはできなかった。開発した今回の技術は、記憶に関与する多くの脳機能を細胞レベルで解明できる可能性を持つとしている。
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