発光イメージングを用いたマウス脳内におけるArc遺伝子発現変化の解析

脳は、神経細胞のシナプス結合によって形成された神経回路を基盤とし、刺激入力が繰り返されることで経験依存的な脳機能変化が生じる。また、てんかんや脳梗塞、神経変性疾患などの障害や、それらに対する代償性により脳機能変化が引き起こされる。これらの脳機能変化の分子機構を理解するためには、神経回路の形成・変化の過程に関わる神経活動依存的な遺伝子の発現変化を生体脳内で解析することが重要な方法の一つとなる。しかし、これまでの脳内遺伝子発現変化を解析する方法は、脳切片を用いたin situ hybridizationや免疫組織染色がほとんどであり、同一個体での継時的な変化を直接捉えることが困難であった。　

以上のような背景から、我々は脳機能変化に関わる遺伝子発現変化を生きた個体で継時的に解析する方法の開発を目的として、脳内において入力依存的に発現変化を示すことが知られているArc遺伝子（activity-regulated cytoskeleton-associated gene）に注目し、Arc遺伝子を含む大腸菌人工染色体（BAC）の相同組換えにより、Arcプロモーター下流にluciferase（Luc）を配置した遺伝子を構築し、トランスジェニックマウス（Arc-Luc BAC Tg マウス）を作製した。

このTgマウスでは、非侵襲的に脳内からの発光シグナルを検出することが可能であり、視覚野におけるArc誘導を疑似した発光シグナルを観察することで視覚入力変化に伴う応答性を継時的にモニタリングすることができた。また、けいれん発作誘導による深部脳領域におけるArc誘導変化の解析にも非常に有効であることが分かった。さらに、化学物質の中枢作用を明らかにするために、農薬を例として解析を進め、幾つかの農薬類による特徴的なArc誘導変化を観察した。　 これまでに得られた解析結果をもとに、発光イメージングを用いた個体レベルでの神経活動の可視化の有効性について議論する。