セロトニンを捕捉すると蛍光するセンサー

国立神経疾患脳卒中研究所が、セロトニンを捕捉すると蛍光を発する高感度センサーを使用し、セロトニン神経伝達研究に幅広い選択肢を与える事を示しました。

Serotonin is a neurochemical that plays a critical role in the way the brain controls our thoughts and feelings. For example, many antidepressants are designed to alter serotonin signals sent between neurons. In an article in Cell, National Institutes of Health-funded researchers described how they used advanced genetic engineering techniques to transform a bacterial protein into a new research tool that may help monitor serotonin transmission with greater fidelity than current methods. Preclinical experiments,

参照元：https://www.ninds.nih.gov/News-Events/News-and-Press-Releases/Press-Releases/AI-designed-serotonin-sensor-study-sleep
– 国立神経疾患脳卒中研究所 National Institute of Neurological Disorders and Stroke. December 23, 2020 –

セロトニンは、脳が私たちの思考や感情を制御する方法で重要な役割を果たす神経化学物質です。

たとえば、多くの抗うつ薬は、ニューロン間で送信されるセロトニン信号を変更するように設計されています。

Cellの記事で、国立衛生研究所の資金提供を受けた研究者は、高度な遺伝子工学技術を使用して、細菌タンパク質を現在の方法よりも忠実にセロトニン伝達を監視するのに役立つ可能性のある新しい研究ツールに変換する方法について説明しました。

主にマウスでの前臨床実験では、センサーが睡眠、恐怖、社会的相互作用中の脳のセロトニンレベルの微妙なリアルタイムの変化を検出し、新しい向精神薬の有効性をテストできることが示されました。

この研究は、健康な状態と病気の状態での脳の理解に革命をもたらすことを目的とした、NIHのAdvancing Innovative Neurotechnologies（BRAIN）イニシアチブによる脳研究によって部分的に資金提供されました。

この研究は、カリフォルニア大学デービス校医学部の主任研究員であるリンティアン博士の研究室の研究者によって主導されました。

現在の方法では、セロトニンシグナル伝達の幅広い変化しか検出できません。

この研究では、研究者らは、栄養素をつかむハエトリグサの形をした細菌タンパク質を、セロトニンを捕捉すると蛍光を発する高感度センサーに変換しました。

以前は、バージニア州アッシュバーンのハワードヒューズ医学研究所ジャネリアリサーチキャンパスのローレンL.ルーガー博士の研究室の科学者は、従来の遺伝子工学技術を使用して、細菌タンパク質を神経伝達物質アセチルコリンのセンサーに変換していました。

OpuBCと呼ばれるタンパク質は、通常、アセチルコリンに似た形状の栄養素コリンを捕らえます。

この研究では、TianラボはLooger博士と協力しました。

研究者たちは、機械学習アルゴリズムを使用して、コンピューターが250,000の新しい設計を「考える」のを支援しました。

3ラウンドのテストの後、科学者たちは1ラウンドに落ち着きました。

初期の実験では、新しいセンサーが脳内のさまざまなレベルでセロトニンを確実に検出し、他の神経伝達物質や同様の形状の薬物にはほとんどまたはまったく反応しないことが示唆されました。

マウスの脳スライスでの実験は、センサーがシナプス通信ポイントでニューロン間で送信されたセロトニン信号に応答することを示しました。

一方、ペトリ皿の細胞での実験は、センサーがコカイン、MDMA（エクスタシーとしても知られている）およびいくつかの一般的に使用される抗うつ薬を含む薬物によって引き起こされるこれらの信号の変化を効果的に監視できることを示唆しました。

最後に、マウスでの実験は、センサーが科学者がより自然な条件下でセロトニン神経伝達を研究するのを助けることができることを示しました。

たとえば、研究者たちは、マウスが目覚めているときにセロトニンレベルの予想される上昇と、マウスが眠りに落ちるときに低下するのを目撃しました。

彼らはまた、マウスが最終的により深いレム睡眠状態に入ったときに、より大きな低下を発見しました。

従来のセロトニンモニタリング方法では、これらの変更を見逃していたでしょう。

さらに、科学者たちは、マウスがベルを鳴らして足のショックを警告されたとき、2つの別々の脳恐怖回路でセロトニンレベルが異なって上昇するのを見ました。

一方の回路（内側前頭前野）では、ベルがセロトニンレベルを急速に高く上昇させ、もう一方の回路（基底外側扁桃体）では、伝達物質がわずかに低いレベルまで上昇しました。

ブレインイニシアチブの精神で、研究者たちは、センサーを他の科学者がすぐに利用できるようにすることを計画しています。

彼らは、それが研究者が私たちの日常生活や多くの精神状態でセロトニンが果たす重要な役割をよりよく理解するのに役立つことを望んでいます。