ツールは幻覚剤がニューロンに及ぼす影響を追跡する

研究者らは、幻覚剤によって脳内で活性化されたニューロンと生体分子を追跡するための迅速で非侵襲的なツールを開発した。

Ca2+活性化Split-TurboID（CaST）と呼ばれるタンパク質ベースのツールは、 ネイチャーメソッド。

うつ病、心的外傷後ストレス障害、物質使用障害などの脳障害の治療薬として、幻覚剤に着想を得た化合物の価値に対する関心が高まっています。

LSD、DMTなどの幻覚剤、 シロシビン 脳の前頭前皮質におけるニューロンとその接続の成長と強化を促進します。

この新しいツールは、科学者が脳障害を持つ患者に対する幻覚剤治療のメリットを解明するのに役立つ可能性がある。

「これらの幻覚剤が作用する細胞メカニズムについて考えることが重要です」と、カリフォルニア大学デービス校神経科学センターおよび医学部の神経学助教授であり、カリフォルニア大学デービス校幻覚剤および神経治療学研究所の関係者でもあるクリスティーナ・キム氏は言う。

「それらは一体何なのか？それが分かれば、同じメカニズムをターゲットにしながらも副作用の少ないさまざまな変異体を設計できるのです。」

この研究は、これらの化合物の有益な神経可塑性効果の原因となる分子シグナル伝達プロセスを段階的に追跡するために使用できる新しい技術を科学者に提供します。さらに、CaST は、他のタグ付け方法では通常何時間もかかる細胞タグ付け作業を 10 ～ 30 分で迅速に実行します。

「私たちは、DNAにパッケージ化して無害なアデノ随伴ウイルスに組み込むことができるタンパク質を研究室で設計しました」とキム氏は言う。「CaSTツールとこれらのタンパク質をニューロンに送り込むと、それらは細胞内で培養され、発現し始めます。」

この研究は、サイケデリックスおよび神経治療学研究所の創設所長であり、化学、生化学、分子医学部門の教授であるデビッド・オルソン氏と共同で実施されました。

CaST ツールは、細胞内カルシウム濃度の変化を利用します。これは、ニューロンの活動を追跡するためのほぼ普遍的なマーカーです。ニューロンが活発に活動すると、カルシウム レベルが高くなります。CaST はこのヒントを利用して、ビオチンと呼ばれる小さな生体分子で細胞にタグを付けます。

この研究では、キム氏と彼女の同僚はマウスに幻覚剤を投与した。 シロシビンその後、研究者らはCaSTとビオチンを併用し、前頭前皮質でカルシウムが増加しているニューロンを特定した。前頭前皮質は多くの脳障害の影響を受ける領域であり、幻覚剤がニューロンの成長と強化を促進する領域でもある。

研究者らはマウスの頭部のけいれん反応も観察している。頭部のけいれん反応は幻覚剤によって引き起こされる幻覚の主な行動相関である。

「CaST の優れた点は、自由に行動する動物に使用できることです」と Kim 氏は述べ、他の細胞タグ付け技術では画像化を行うためにマウスの頭部を安定させる必要があることを指摘しています。「ビオチンはタグ付けの基質としても優れています。なぜなら、単純な染色と画像化方法だけでビオチンが存在するかどうかを報告できる市販のツールが数多く存在するからです。」

概念実証実験では、キム氏が「カメラスナップショット」と呼ぶ、前頭前野の活性化領域の シロシビン。

キム氏と彼女の同僚は現在、CaST ツールを使用して脳全体の細胞をラベル付けする方法に取り組んでいます。さらに、幻覚剤の影響を受けたニューロンによって生成される個々のタンパク質の特徴を豊かにする方法も模索しています。

「これらのサンプルをカリフォルニア大学デービス校プロテオミクスコア施設に送れば、特定したすべてのタンパク質について、偏りのない画像を提供できます」とキム氏は言う。「私たちは、どのタンパク質が発現しているか、どの遺伝子が発現しているかという観点から、サンプルの全体内容を調べ、シロシビンを投与された動物と対照動物または疾患の動物モデルとの違いを調べたいのです。」

目標は、幻覚剤が脳障害を持つ人々の細胞プロファイルにどのような利益をもたらすかを特定し、その治療効果の段階的な細胞プロセスを解明することです。

キム氏は、オルソン氏の研究室と共同で、CaST ツールを使用して幻覚剤によって引き起こされる神経活動と非幻覚剤によって引き起こされる神経活動を比較する将来の実験を実施することに興味を示しています。

「CaSTは、これらの神経治療薬の作用機序を研究するための重要なツールとなるでしょう」とキム氏は言う。

この研究は、脳と行動研究財団、キンシップ財団、アーノルド・アンド・メイベル・ベックマン財団、NIH、NSF、ブーン・ファミリー財団から支援を受けた。

ソース： カリフォルニア大学デービス校