横浜市立大学と高エネルギー加速器研究機構（KEK）は、藍藻（ランソウ）などの微生物から見つかった光センサータンパク質として知られる「光活性化アデニル酸シクラーゼ（PAC）」の原子構造を世界で初めて解明した。さらに、マウスの記憶を司る海馬の神経細胞を成長促進させることにも成功したと、5月31日に発表した。生体内のタンパク質の働きを光で操作する光遺伝学の最新技術が注目され、生命科学や医学の新たな手法として関心が高まっている。今回の成果はそのツール開発につながり、再生医療や新薬開発などの基礎研究に貢献すると期待されている。
光合成をする細菌の一種、藍藻（ランソウ）由来のPAC（OaPAC）を使って、暗い場所で結晶を作ることに成功した。この構造は、非常に長く伸びた「α３ヘリックス」と呼ばれるら旋状の分子が特徴で、光シグナルの通り道の役割をしていることが分かった。
光センサータンパク質の操作では、青色の光が受容体を変化させ、活性中心の構造変化を引き出している。ヒト胎児腎臓細胞から作った細胞株（HEK293）に、光センサータンパク質のOaPAC遺伝子を発現させ、それに青色光を当て、光操作の道具として使えることを確認した。
青色光を与えると、情報伝達物質は一気に増えて、数分以内に分解された。また光を照射する時間と強度を調整することで、情報伝達物質の濃度を８時間以上も高く保持できることに成功した。マウスの海馬の神経細胞に、光センサータンパク質を導入し、光操作によって軸索の分岐や伸長を調べたところ、軸索の成長を促進させることができた。
これまでの神経活動の実験は主に電気刺激を使うため、特定の神経反応だけを取り出すことができず、電極周辺の軸索や細胞体を幅広く活性化してしまう欠点があった。これに対して光遺伝学は、特定の神経に限って、マイクロ秒からミリ秒の極めて短時間の活性や抑制ができる利点があり、脳神経科学分野の新しい解明手法として関心が高まっている。
