準確測量活體動物大腦中的單個神經細胞活動的技術，對於闡明覆雜的大腦功能至關重要。京都大學研究生院生命科學研究科的坂本雅行特定副教授、東京大學研究生院醫學系研究科的井上昌俊特任助教（現爲斯坦福大學博士研究員）和東京大學研究生院醫學系研究科的尾藤晴彥教授等人組成的聯合研究團隊，成功開發出了能穩定表達高靈敏度和高速鈣感測器的轉基因小鼠。
利用G-CaMP9a基因敲入小鼠測量活體大腦的神經細胞活動。左：G-CaMP9a的螢光，右：左圖的神經細胞活動（供圖：京都大學研究生院生命科學研究科 坂本雅行 特定副教授）
以往的鈣感測器大多都採用肌肉源蛋白質的鈣結合序列（M13）作爲鈣調蛋白（CaM）結合區域。研究團隊將綠色鈣感測器G-CaMP4.1的肌肉源蛋白質的鈣結合序列更換成了鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶激酶（CaMKK）的CaM結合區域。由此，與現有的綠色鈣感測器相比，靈敏度升高，而且表示鈣離子濃度與螢光強度的變化之間的關係的希爾係數爲1.6（現有感測器爲2以上），成功開發出了線性非常高的鈣感測器（G-CaMP9a）。
接下來，研究團隊製作了在小鼠基因體的Rosa26基因座中導入G-CaMP9a的轉基因小鼠（G-CaMP9a基因敲入小鼠）並進行了評估。製作的基因敲入小鼠透過使用Flp/FRT系統，可以僅在目標組織和細胞類型中誘導G-CaMP9a表達。G-CaMP9a基因敲入小鼠的評估採用了基於雙光子激發顯微鏡的活體成像技術。
由此發現，在小鼠大腦皮層的初級視覺皮層及體感皮層，能以單細胞水平檢測興奮性神經細胞對自發放電和感覺刺激的反應。另外還發現，在抑制性神經細胞的亞型之一成長抑素陽性神經細胞中，部分細胞與活動模式高度起伏同步。
此外，透過向G-CaMP9a基因敲入小鼠導入紅色鈣感測器XCaMP-R基因，還能實施可以同時測量興奮性神經細胞和抑制性神經細胞活動的多色成像。
尾藤教授表示：「此次開發出了與以往的感測器相比，可以更準確地測量神經細胞活動的新小鼠品系。所製作的小鼠的特點是，採用高靈敏度高速鈣感測器，而且表達水平穩定均勻。作爲了解複雜高級腦功能的有用資源，透過將其用於疾病模式動物的神經活動測量，有望爲開發冶癒精神病疾患和高級腦失功能的方法做貢獻。新開發的小鼠不僅能用於神經科學領域，還有望應用於新藥開發等各種生命科學領域。」
【詞注】
■鈣調蛋白（CaM）：鈣結合蛋白，檢測細胞内的鈣離子濃度並向鈣敏感酶等蛋白質傳遞訊號。
■希爾係數：表示鈣離子與感測器的螢光強度變化的統合性的指標。與1相比，希爾係數越大，統合性越高，對鈣離子的螢光強度呈正統合性和非線性變化。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
