検索
Karl Deisseroth
第34回(2018)受賞
バイオテクノロジー及びメディカルテクノロジー
/ 神経科学者
1971 -
スタンフォード大学 教授 / ハワード・ヒューズ医学研究所 研究員
緑藻類の光依存的イオンチャネルであるチャネルロドプシンに着目し、ミリ秒単位で神経活動を光で制御できる方法を開発し、新たな学問領域「光遺伝学(Optogenetics）」を創成した。これにより、システム神経科学に神経集団活動と脳機能の因果関係を証明可能とする方法論を与え、大きな変革を引き起こした。
カール・ダイセロス博士は、光遺伝学（Optogenetics）と総称される、細胞情報を光刺激によって誘導・修飾する新たな学問領域を創成し、システム神経科学の研究方法に大きな変革を引き起こした。これにより、神経回路レベルの活動操作を行い、脳機能における動的な細胞集団活動の必要性・十分性を実証し、因果関係を証明可能な、新たな普遍的技術の開発に成功した。
光遺伝学導入以前のシステム神経科学の主な方法論は、動物の行動と神経発火活動との相関に頼るものであった。因果関係に迫ろうとする方法論も、電気磁気的、薬理学的な刺激や機械的な破壊など多数存在したが、分子マーカーで区別できる細胞種特異的に、ミリ秒の時間分解能で、空間的脳活動を興奮、抑制できるという点で、光遺伝学的手法は画期的である。博士は、光遺伝学創成にあたり、次の3つの貢献をなした。
第一に、緑藻類の光依存的イオンチャネルであるチャネルロドプシンに着目し、ミリ秒単位の活動電位発火制御を哺乳類脳で実施可能な分子であることを世界に先駆けて実証した(1)。また、同分子の変異改良や新たな分子の探索を進め、活動電位の発火と抑制の制御に成功した(2–5, ただし 6, 7も参照)。さらに遺伝子工学を駆使することにより、動的な神経回路機能を生きた動物個体の特定の脳部位において研究することを可能にし(8, 9)、世界中の1,000以上の研究室で操作的な神経回路研究が開始され、そのモデル動物としてげっ歯目がより頻繁に利用される流れを生み出した。
第二に、光遺伝学が脳活動を人為的に誘発できる特性を活用して、記憶学習(10)、不安恐怖(11)、報酬快楽(9)、意志決定などの高次脳機能への光学的介入を実現した(12)。光遺伝学には自然に起こる脳活動すべてを誘導できる保証はないが、責任神経回路の特定の集団活動が、特定の脳機能遂行に十分であることを示す実証的システム神経科学を樹立した。
第三に、神経変性疾患・精神疾患の病態基礎が回路学的活動破綻であるという仮説を補強するデータを得た(13, 14)。この結果、中枢神経作動薬の標的探索を「特定分子経路の同定」から「責任神経回路活動の同定」へと拡張させ、新たな創薬を可能にする道を拓いた。
博士は、光遺伝学創成期における革新的研究を先導するばかりでなく、開発した変異体・実験プロトコールを広く共有し、普及活動を実践した。その研究成果は多数の論文に結実し、数多くの賞が授与されている。自身でも光遺伝学を活用した創薬ベンチャーを立ち上げ、前臨床早期探索を推進しているとともに、研究室で幅広い講習活動を実践し、世界中から光遺伝学を学びたい若手研究者を受け入れ、脳神経科学の研究加速に大きく貢献している。
以上の理由によって、カール・ダイセロス博士に先端技術部門における第34回（2018）京都賞を贈呈する。
参考文献
(1) Boyden ES, et al. (2005) Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nat Neurosci 8: 1263–1268.
(2) Zhang F, et al. (2007) Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry. Nature 446: 633–639.
(3) Gradinaru V, et al. (2007) Targeting and readout strategies for fast optical neural control in vitro and in vivo. J Neurosci 27: 14231–14238.
(4) Gradinaru V, et al. (2008) eNpHR: A Natronomonas halorhodopsin enhanced for optogenetic applications. Brain Cell Biol 36: 129–139.
(5) Gunaydin LA, et al. (2010) Ultrafast optogenetic control. Nat Neurosci 13: 387–392.
(6) Han X & Boyden ES (2007) Multiple-color optical activation, silencing, and desynchronization of neural activity, with single-spike temporal resolution. PLoS One 2: e299.
(7) Chow BY, et al. (2010) High-performance genetically targetable optical neural silencing by light-driven proton pumps. Nature 463: 98–102.
(8) Sohal VS, et al. (2009) Parvalbumin neurons and gamma rhythms enhance cortical circuit performance. Nature 459: 698–702.
(9) Tsai HC, et al. (2009) Phasic firing in dopaminergic neurons is sufficient for behavioral conditioning. Science 324: 1080–1084.
(10) Liu X, et al. (2012) Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall. Nature 484: 381–385.
(11) Tye KM, et al. (2011) Amygdala circuitry mediating reversible and bidirectional control of anxiety. Nature 471: 358-362.
(12) Zalocusky, KA et al. (2016) Nucleus accumbens D2R cells signal prior outcomes and control risky decision-making. Nature 531: 642–646.
(13) Kravitz AV, et al. (2010) Regulation of parkinsonian motor behaviours by optogenetic control of basal ganglia circuitry. Nature 466: 622–626.
(14) Yizhar O, et al. (2011) Neocortical excitation/inhibition balance in information processing and social dysfunction. Nature 477: 171–178.
プロフィールは受賞時のものです
カール・ダイセロス博士が「Japan Prize」を受賞！
2018年に第34回京都賞先端技術部門を受賞したカール・ダイセロス博士 が1月24日、「Japan Prize」生命科学分野の受賞者に選ばれました。このたびのご栄誉、誠におめでとうございます！ 国際科学技術財団の発表によ...
ダイセロス博士がラスカー賞に輝く！
2018年に京都賞先端技術部門を受賞した神経科学者カール・ダイセロス博士が9月24日、国際的な医学賞のひとつである「アルバート・ラスカー基礎医学研究賞」の受賞者に選ばれました。このたびのご栄誉、誠におめでとうございます！...
2018年京都賞のダイセロス博士が米NIH所長賞に
米国立衛生研究所（所長 / Director：フランシス・S・コリンズ博士、NIH: The National Institutes of Health）は、バイオメディカル・サイエンス領域において、革新的で創造力の傑出した研究を支援するNIH所長賞に89件を採択し、5年間で319億円の助成金を授与すると発表しました。