レーザーでハエが飛ぶ

研究者らは、神経細胞がレーザー光などの外部信号を検出する分子「受信機」を備えているのではないかという考えから出発した。次に、神経細胞はこの信号を電気インパルスに変換します。科学者のスザンナ・リマとゲロ・ミーゼンベックは、分子ロックと鍵の原理を設計しました。受信機は目的の神経細胞に設置され、「錠」として機能します。この場合、それは荷電分子が細胞膜を通過できるイオンチャネルでした。 「鍵」は分子ATPで、レシピエントに結合して活性化します。 ATPが常にイオンチャネルに結合せず、神経細胞が早期に活性化されないように、ATPは化学物質と結合しています。これらはレーザー光を照射すると除去され、ATP が解放されてイオン チャネルに結合できるようになります。

研究のために、科学者らはハエの飛行と跳躍の筋肉を刺激する中枢神経系の小さなニューロンシステムを使用した。遺伝子操作を通じて、イオンチャネルの形成を誘導しました。彼らは、小さな注射器を使用して、ハエの目を通してATPをCNSに導入しました。 200ミリ秒続く紫外線レーザー光線をハエに照射すると、ハエは60～80％のケースで足を伸ばしたり、空中に飛び上がったり、羽ばたいたりするさまざまな逃走動作を示した。ミーゼンベックとリマは、神経伝達物質ドーパミンに反応する中枢神経系の別の神経グループにも、そのような「リモコン」を装備しました。このようにして、ハエの運動活動を増加させることができました。ミーゼンベック氏によれば、誘発された行動パターンはより長く続く可能性があるという。活性化された神経回路に回路を維持するフィードバック ループがある場合、ハエは数分間そのような行動を示します。

ただし、この新しい方法を適用するにはまだいくつかの制限があります。一方で、イオンチャネルは ATP がなくても一定の活性を示します。そして、アセチルコリンに反応するニューロンでイオンチャネルが誘導されると、ハエの寿命は20分の1に短縮される。さらに、ATP を動物に注射するには時間がかかります。したがって、初期段階では実験は少数の動物に限定する必要があります。

特定の神経の遠隔制御は、神経反応の研究における重要なステップです。神経を受動的に観察するだけでなく、その反応を具体的に操作することも可能になります。将来的には、病気や怪我によって失われた神経信号を回復することも可能になるかもしれません。

スザンナ・リマ、ゲロ・ミーセンベック（イェール大学、ニューヘブン）： Cell 、Vol.121、No.1、4月8日、141ページ。