自然科学研究機構 基礎生物学研究所
自然科学研究機構 生命創成探究センター
自然科学研究機構 生理学研究所
ヒトの脳内では様々な神経伝達物質が協調して働くことで、記憶や情動など様々な脳機能を制御しています。それらの神経伝達物質の中でも、ドーパミンとノルエピネフリンは類似した化学構造を持ち、多くの脳機能において互いに関与しあっていると考えられています。そのため、いつどこでどれくらいドーパミンとノルエピネフリン（ノルアドレナリンとも言います）が放出されているかを調べることは、複雑な脳機能の解明に必須です。しかし、ドーパミンとノルエピネフリンは構造的に非常に類似しているため、それらを生体内で特異的に、かつ高い感度並びに高い時間的・空間的分解能で観察することは困難でした。
今回、基礎生物学研究所 定量生物学研究部門／生命創成探究センター 定量生物学研究グループの後藤祐平助教、青木一洋教授、デンマーク オーフス大学の中本千尋博士研究員、竹内倫徳准教授らは、生理学研究所の深田正紀教授ら、デンマーク コペンハーゲン大学のGloriam教授らとの共同研究により、赤色蛍光タンパク質を用いたドーパミンバイオセンサー「R-GenGAR-DA」の開発に成功しました。この赤色蛍光ドーパミンセンサーのドーパミンに対する高い選択性を利用し、既報の緑色蛍光ノルエピネフリンバイオセンサーと共に用いることで、ひとつの細胞でドーパミンとノルエピネフリンを同時に可視化することに成功しました。
本成果は、英国の学術誌「Molecular Brain」に2021年12月06日付けで発表されました。
図. 赤色蛍光ドーパミンバイオセンサーの作製戦略。（図左）ヒト・ドーパミン受容体DRD1をもとにして、細胞内側3番目ループ（ICL3）に赤色蛍光タンパク質の円順列変異体であるcpmAppleを挿入します。ドーパミンが結合してDRD1の構造が変化すると、cpmAppleの蛍光輝度が変化します。（図右）リンカー部位にランダム変異を入れて蛍光輝度値変化が大きい変異体をスクリーニングしました。
