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[[wikipedia:ja:微生物|微生物]]から[[wikipedia:ja:ヒト|ヒト]]に至るまで、ほとんどの生物は光情報を受容することが出来る。そのため、多岐にわたる生物種において光受容を担う光活性化タンパク質が存在することが古くから知られていた。例えば、[[wikipedia:ja:塩湖|塩湖]]や[[wikipedia:ja:塩田|塩田]]などの高塩環境に生息している[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]の一種である[[wikipedia:ja:高度好塩菌|高度好塩菌]]は微生物型[[ロドプシン]]である[[ハロロドプシン]]や[[wikipedia:ja:バクテリオロドプシン|バクテリオロドプシン]]を発現しており、これらによる光エネルギーを利用したポンプ作用によって[[wikipedia:ja:浸透圧|浸透圧]]調節を行っている。これらの微生物型ロドプシンは1970年代前半には既に発見されており、光によって活性化されるイオンポンプであることが報告されている<ref name=ref1><pubmed>4517939</pubmed></ref>。また、[[wikipedia:ja:緑藻類|緑藻類]][[wikipedia:ja:クラミドモナス|クラミドモナス]]は走光性や光驚動反応を示す。この応答は1980年代前半に光感覚器官である眼点に存在する微生物型ロドプシンを介した反応であると報告されている。その後、2002年から2003年にかけて、その微生物型ロドプシンである[[チャネルロドプシン1]](ChR1)および[[チャネルロドプシン2]](ChR2)が、それぞれ[[プロトンイオンチャネル]]および[[非選択的陽イオンチャネル]]を形成する[[イオンチャネル]]型の光活性化タンパク質であることが同定された。現在までに、光活性化タンパク質の中でイオンチャネル型であると同定されているのは、チャネルロドプシンのみである。 | [[wikipedia:ja:微生物|微生物]]から[[wikipedia:ja:ヒト|ヒト]]に至るまで、ほとんどの生物は光情報を受容することが出来る。そのため、多岐にわたる生物種において光受容を担う光活性化タンパク質が存在することが古くから知られていた。例えば、[[wikipedia:ja:塩湖|塩湖]]や[[wikipedia:ja:塩田|塩田]]などの高塩環境に生息している[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]の一種である[[wikipedia:ja:高度好塩菌|高度好塩菌]]は微生物型[[ロドプシン]]である[[ハロロドプシン]]や[[wikipedia:ja:バクテリオロドプシン|バクテリオロドプシン]]を発現しており、これらによる光エネルギーを利用したポンプ作用によって[[wikipedia:ja:浸透圧|浸透圧]]調節を行っている。これらの微生物型ロドプシンは1970年代前半には既に発見されており、光によって活性化されるイオンポンプであることが報告されている<ref name=ref1><pubmed>4517939</pubmed></ref>。また、[[wikipedia:ja:緑藻類|緑藻類]][[wikipedia:ja:クラミドモナス|クラミドモナス]]は走光性や光驚動反応を示す。この応答は1980年代前半に光感覚器官である眼点に存在する微生物型ロドプシンを介した反応であると報告されている。その後、2002年から2003年にかけて、その微生物型ロドプシンである[[チャネルロドプシン1]](ChR1)および[[チャネルロドプシン2]](ChR2)が、それぞれ[[プロトンイオンチャネル]]および[[非選択的陽イオンチャネル]]を形成する[[イオンチャネル]]型の光活性化タンパク質であることが同定された。現在までに、光活性化タンパク質の中でイオンチャネル型であると同定されているのは、チャネルロドプシンのみである。 | ||
光を使った最初の神経細胞の活動制御は、2002年にMiesenbockらによって報告されている。ショウジョウバエのロドプシンとその下流のGタンパク質αサブユニット、およびアレスチンを海馬培養神経細胞に発現させ、光照射による活動電位の誘導に成功している | 光を使った最初の神経細胞の活動制御は、2002年にMiesenbockらによって報告されている。ショウジョウバエのロドプシンとその下流のGタンパク質αサブユニット、およびアレスチンを海馬培養神経細胞に発現させ、光照射による活動電位の誘導に成功している<ref><pubmed>11779476</pubmed></ref>。2005年には同じくMiesenbockらによって、ショウジョウバエの神経細胞にイオンチャネル型ATP受容体を導入し、光照射によりケージドATPをリリースするという手法を用いて行動を惹起することが報告されている<ref><pubmed>15820685</pubmed></ref>。光活性化タンパク質を応用して光遺伝学という新手法が最初に報告されたのは2005年のことである。[[wikipedia:ja:スタンフォード大学|スタンフォード大学]]の[[wikipedia:Karl Deisseroth|Karl Deisseroth]]らの研究グループが、[[レンチウイルスベクター]]を用いてチャネルロドプシン2を[[海馬]]の[[培養神経細胞]]に発現させ、光によってその神経活動をミリ秒オーダーで活性化することに成功した<ref name=ref2><pubmed>16116447</pubmed></ref>。2006年には、東北大学のYawoらの研究グループが、[[シンドビスウイルスベクター]]を用いて生きたマウスの海馬神経細胞にチャネルロドプシン2を発現させ、光強度依存的に活動電位を誘導することに成功した<ref name=ref3><pubmed>16298005</pubmed></ref>。 | ||
当初、微生物型ロドプシンは哺乳類の神経細胞では[[細胞膜]]に効率良く移行せず、細胞内で凝集体を作ったりして、十分量発現させることができなかった。しかし、使用コドンを哺乳類において翻訳効率の高いコドンに置換し、さらに[[wikipedia:ja:膜移行シグナル|膜移行シグナル]]を付加するといった改良により、光活性化タンパク質の膜へ移行が向上した<ref name=ref2 />。光遺伝学の脳神経科学分野への急速な広がりから、新たな光活性化タンパク質の探索、変異体の作製など、まさに日進月歩の先端技術となっている。 | 当初、微生物型ロドプシンは哺乳類の神経細胞では[[細胞膜]]に効率良く移行せず、細胞内で凝集体を作ったりして、十分量発現させることができなかった。しかし、使用コドンを哺乳類において翻訳効率の高いコドンに置換し、さらに[[wikipedia:ja:膜移行シグナル|膜移行シグナル]]を付加するといった改良により、光活性化タンパク質の膜へ移行が向上した<ref name=ref2 />。光遺伝学の脳神経科学分野への急速な広がりから、新たな光活性化タンパク質の探索、変異体の作製など、まさに日進月歩の先端技術となっている。 | ||