Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

神経細胞 / 分化 / 大脳皮質 / ニューロン / 分化転換

脳の中には多くのサブタイプの神経細胞があり、それぞれ特有の形態と機能を有している。我々は、神経細胞が未熟な時期には細胞外環境の影響によって最終的に分化するサブタイプが変わりうることを発見したが、一般に成熟神経細胞のサブタイプは決して変化しない。本研究では、成熟神経細胞のサブタイプを人為的に転換させることに挑戦し、転写因子及びエピジェネティック因子の人為的制御によって少なくとも一部の表現型については転換できる可能性を示唆する結果を得た。

成熟神経細胞のサブタイプそのものについては一生変わらないとするのが現在の常識である。本研究の結果から、成熟神経細胞であっても、少なくとも特定の条件下においてはそのサブタイプ分化またはその維持にある程度の可塑性が存在する可能性が示された。成熟神経細胞の運命転換が可能になれば、in vivoで所望のサブタイプの神経細胞を作り出すことが可能になるかも知れず、将来的な波及効果や社会に与えるインパクト・貢献は多大であると期待される。

Electrospray / Transfection / Neuron / 電子スプレー / 遺伝子導入 / 神経細胞 / ナノバイオ / 脳神経疾患 / 先端機能デバイス / Molecular and cellular neuroscience / Molecular and cellular neurobiology / Neuron, synapse, and neural circuit / Neural plasticity / Neurotransmitters and receptors

我々は分子や粒子をイオン化・加速して特定の神経細胞に穿通させるナノ電子スプレー微小管を設計、2本の同心の表面疎水処理ガラス管内部の溶液を電子スプレーにして標的に局所的に到達させた。液滴の安定噴射には管配置と電圧波形が重要で、20-250nAのパルスピーク電流が得られた。しかし陰イオン色素と蛍光顕微鏡で観察すると粒子は管先端-培養液面境界のほか外管内壁にも急速に蓄積、終には管内部への引水と溶液流出が生じ、菅形状の調整を重ねたが不可避だった。静電的性質のシミュレーションによる改良型を提示する。

クロマチン / 神経幹細胞 / Brm / ニューロン / 神経細胞 / 幹細胞

発生過程において、多分化能を持つ組織幹細胞が特定の形質のみを示す細胞へと分化する過程は、特定の遺伝子群の発現カスケードとして捉えられ、解析されてきた。しかし最近我々は、神経幹細胞の分化過程においてこのような「ローカルな」遺伝子座の制御に加えて、核ゲノム全体で起こる「グローバルな」クロマチン状態の変化が存在していることを示唆する結果を得た。すなわち、神経系前駆細胞がニューロン分化し成熟するときに、クロマチンが核全体で「ゆるく」なるという驚くべき結果である。今回観察された変化はたかだかゲノムの5%を占めるに過ぎない遺伝子コード領域の変化だけでは説明できない。さらに成熟に伴いクロマチン状態をゆるくする候補分子を得ており、そのノックダウンでニューロンの成熟が著しく阻害されるという予備的結果を得ている。従ってクロマチン状態がゆるくなることが、ニューロン成熟のトリガーになっている可能性が考えられた。
また、ニューロン成熟に伴って「ゆるく」なるクロマチン領域を調べ、リピート配列のひとつmajor satelliteを含む事、またニューロン成熟に伴ってmajor satelliteの転写が上昇する事、を見いだした。Major satellite領域の転写はこれまで細胞周期に伴って起こる事が知られていたが、postmitoticな細胞におけるmajor satelliteの役割はこれまで知られていなかったので、ニューロン成熟との関わりは興味深い。

神経細胞 / 細胞識別 / 膜分子 / cDNAクローニング / 細胞接着 / 網膜 / 遺伝子導入 / 神経束形成 / 嗅覚系 / 神経発生 / 膜蛋白質 / 神経回路 / ニューロン

神経細胞間の特異的な結合は、神経細胞表面膜分子を媒介にした細胞識別がその基礎となって形成されると考えられる。本研究では、アフリカツメガエル神経系に発現する膜蛋白質プレキシン(plexin:従来名B2)の機能を明らかにするため、以下の2点について解析した。
1、アフリカツメガエル網膜におけるプレキシンの発現動態と機能の解析:プレキシン特異モノクローナル抗体MAbB2による免疫組織化学的な解析を行い、プレキシンはアフリカツメガエル脳や網膜の網状層に表現する分子量220kDの膜蛋白質であることを明らかにした。更に、発生早期の目の原基を抗プレキシン抗体存在下で培養すると、網膜の網状層の形成が阻害されることを明らかにした。このような結果は、プレキシンが網膜細胞の突起間の相互作用に関与し網状層の形成に重要な役割を演じていることを示唆している。
2、プレキシンcDNAのクローニング:膜蛋白質プレキシンの機能をより明らかにする目的で、プレキシンをコードするcDNAのクローニングを行った。その結果、プレキシンは膜貫通を一ヶ所持ち、細胞外領域にシィステインが豊富なドメインが3箇所ある既知の分子とは全く異なるユニークな膜分子であることが明らかとなった。更に、プレキシンcDNAを細胞接着能を持たないマウス株細胞(L細胞)に導入して強制発現させると、細胞接着能が生ずること、また、この細胞接着能は同種分子間の相互作用で起こり、Ca^<2+>依存性であることが明らかにされた。このようなモデル実験系で示された細胞接着能に基づいて、プレキシンが網膜細胞の相互作用や神経繊維の束形成に関与しているものと推察される。

【研究分担者】
LAUNEY THOMAS (LAUNEY Thomas)	独立行政法人理化学研究所	Launey研究ユニット	ユニットリーダー	(Kakenデータベース)
千村崇彦	独立行政法人理化学研究所	Launey研究ユニット	研究員	(Kakenデータベース)

【研究連携者】
池田時浩	独立行政法人理化学研究所	応用研究開発室生物照射チーム	専任研究員	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
川上厚志	名古屋大学	理学部	助手	(Kakenデータベース)
高木新	名古屋大学	理学部	助手	(Kakenデータベース)