准确测量活体动物大脑中的单个神经细胞活动的技术，对于阐明复杂的大脑功能至关重要。京都大学研究生院生命科学研究科的坂本雅行特定副教授、东京大学研究生院医学系研究科的井上昌俊特任助教（现为斯坦福大学博士研究员）和东京大学研究生院医学系研究科的尾藤晴彦教授等人组成的联合研究团队，成功开发出了能稳定表达高灵敏度和高速钙传感器的转基因小鼠。
利用G-CaMP9a基因敲入小鼠测量活体大脑的神经细胞活动。左：G-CaMP9a的荧光，右：左图的神经细胞活动（供图：京都大学研究生院生命科学研究科 坂本雅行 特定副教授）
以往的钙传感器大多都采用肌肉源蛋白质的钙结合序列（M13）作为钙调蛋白（CaM）结合区域。研究团队将绿色钙传感器G-CaMP4.1的肌肉源蛋白质的钙结合序列替换成了钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶激酶（CaMKK）的CaM结合区域。由此，与现有的绿色钙传感器相比，灵敏度升高，而且表示钙离子浓度与荧光强度的变化之间的关系的希尔系数为1.6（现有传感器为2以上），成功开发出了线性度非常高的钙传感器（G-CaMP9a）。
接下来，研究团队制作了在小鼠基因组的Rosa26基因座中导入G-CaMP9a的转基因小鼠（G-CaMP9a基因敲入小鼠）并进行了评估。制作的基因敲入小鼠通过使用Flp/FRT系统，可以仅在目标组织和细胞类型中诱导G-CaMP9a表达。G-CaMP9a基因敲入小鼠的评估采用了基于双光子激发显微镜的活体成像技术。
由此发现，在小鼠大脑皮层的初级视觉皮层及体感皮层，能以单细胞水平检测兴奋性神经细胞对自发放电和感觉刺激的反应。另外还发现，在抑制性神经细胞的亚型之一生长抑素阳性神经细胞中，部分细胞与活动模式高度同步。
此外，通过向G-CaMP9a基因敲入小鼠导入红色钙传感器XCaMP-R基因，还能实现可以同时测量兴奋性神经细胞和抑制性神经细胞活动的多色成像。
尾藤教授表示：“此次开发出了与以往的传感器相比，可以更准确地测量神经细胞活动的新小鼠品系。所制作的小鼠的特点是，采用高灵敏度高速钙传感器，而且表达水平稳定均匀。作为了解复杂高级脑功能的有用资源，通过将其用于疾病模型动物的神经活动测量，有望为开发治疗精神疾病和高级脑功能障碍的方法做贡献。新开发的小鼠不仅能用于神经科学领域，还有望应用于新药开发等各种生命科学领域。”
【词注】
■钙调蛋白（CaM）：钙结合蛋白，检测细胞内的钙离子浓度并向钙敏感酶等蛋白质传递信号。
■希尔系数：表示钙离子与传感器的荧光强度变化的协同性的指标。与1相比，希尔系数越大，协同性越高，对钙离子的荧光强度呈正协同性和非线性变化。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
