記憶形成は私たち人類の最も重要な能力のひとつであり、これが無ければ危険を回避することも家族を愛することもできません。記憶は学習に伴い神経細胞同士をつなぐシナプスの情報伝達が可逆的に変化することで形成されると考えられていますが、それを実現している分子機構は完全に理解されているわけではありません。シナプスには神経伝達物質受容体などの多数のタンパク質が集積し、細胞間の情報伝達を実現しています。近年の超高解像顕微鏡の発達によりシナプスの微細構造を分子レベルで精細に観察できるようになり、シナプス内の受容体の配置が伝達物質放出部位と一致することで情報伝達が増強することが分かってきました。シナプスタンパク質の動態に関する過去の研究では、シナプスタンパク質がまるで液体のように振舞うことが報告されています。そこで私たちは、学習時のシナプスタンパク質の動態を制御する機構として、液－液相分離現象に注目しました。初めにシナプスタンパク質から天然変性領域や多量体など液－液相分離を起こしやすい特徴を持つタンパク質を探索し、二つの代表的なシナプスタンパク質、カルシウム依存性キナーゼCaMKIIと伝達物質受容体のNMDA受容体を見出しました。それらの精製タンパク質を試験管内で混合し、学習時に起きる細胞内へのカルシウム流入を模倣しカルシウムを添加したところ、はじめは水の中に均一に分布していたタンパク質があたかも水の中の油のように集合していき巨大な集合体を形成しました。興味深いことに、この集合体は一度形成されるとカルシウムを取り除いても集合し続けることがわかりました。このことは学習という一時的な情報がタンパク質集合体として脳内に固定されることを意味しています。この実験をさらに他のシナプスタンパク質群と混ぜて行なったところ、不思議なことに異なる種類の受容体などのタンパク質同士もまた水と油のように自発的にグループ分けをしていくことが分かりました。この中には伝達物質放出部位を制御するタンパク質も含まれているため、このグループ分けによりシナプスタンパク質の配置と伝達物質放出部位が最適化されシナプス伝達が増強すると考えられます（図１）。この研究により、記憶の強化・消去や痴呆症等の治療の技術が大きく前進すると期待されます。