活性化されたニューロンで遺伝子発現を引き起こすカルシウム・光作動性スイッチ

最近の光遺伝学の進展にもかかわらず、特定ニューロン集団の遺伝子発現を操作することは依然として困難な問題である。今回我々は、二重タンパク質切り替えシステムCal-Lightを紹介する。これは、ニューロンの活動を仲介するカルシウムシグナル伝達を光依存的に遺伝子発現へ変換する。培養ニューロンおよび脳薄片で、Cal-Lightは、青色光とカルシウムの両方が存在する場合にのみ、高い時空間分解能でレポーターEGFPの発現を生じることが示された。Cal-Lightの構成成分をウイルスベクターでマウスの運動皮質へ送達すると、学習済みのレバー押し行動に関連する興奮性および抑制性ニューロンの小集団が標識された。黄色光に反応する抑制性受容体ハロロドプシン（eNpHR）の発現をCal-Lightで引き起こすことによってレバー押し行動が一時的に抑制されたことから、標識ニューロンがその行動を仲介していることが確認された。このように、Cal-Lightは、複雑な哺乳類の行動の根底にある神経回路を高い時空間精度で分析することを可能にする。