脳の機能単位を形成する神経細胞集団の方向と配置を制御する機構を解明

金沢大学新学術創成研究機構の佐藤純教授らの共同研究グループは,脳の解析モデルとされるショウジョウバエの脳を用いて,脳の機能単位であるカラム構造の方向と配置が制御される仕組みを解明しました。

私たちの脳は無数の神経細胞から成りますが,神経細胞は無秩序に配置されているわけではなく,多数の神経細胞が規則正しく集まったカラム構造を示します。カラム構造は脳の機能単位として働き,脳の機能を実現する上で重要です。カラムは規則正しく一定の方向性を持って配置される必要があると考えられていますが,その方向性の実体は明らかにされていませんでした。

本研究グループは,体毛など一定の方向性を持った平面的な組織に見られる「平面内細胞極性」がWntと呼ばれる拡散性タンパク質の濃度勾配によって制御されることを基に,脳のカラム構造にも平面内細胞極性と似た方向性制御のメカニズムが存在することでカラムの方向と配置を制御しているのではないかと考えました。そこで,ショウジョウバエにおける2つのWntタンパク質である,DWnt4とDWnt10の働きに着目して,カラム構造に与える影響を調べました。その結果,脳の腹側で産生されるDWnt4と背側で産生されるDWnt10が拡散することで形成する脳全体にわたる濃度勾配に従って,カラムを構成する神経細胞の方向性が制御されることを見いだしました。また,DWnt4やDWnt10の機能を阻害すると神経細胞の方向が乱れるだけでなく,カラムの形態や配置が異常を示すことから,神経細胞が決まった方向を向くことで,複数のカラムが整然と配置することを明らかにしました(図2)。

ヒトを含めたほ乳類の脳においてもカラム構造の方向性が存在すると考えられます。Wntによる平面内細胞極性の制御機構はハエからヒトまで共通していることから,本研究成果によって明らかとなったメカニズムがヒトの脳の形成機構においても重要な役割を果たしていることが十分に考えられます。また,このような分子機構の異常がヒトの神経疾患の原因となっていることも考えられ,疾患の原因究明の一助となりうることが期待されます。

本研究成果は,2020年10月27日11時(東部標準時間)に米国科学誌『Cell Reports』のオンライン版に掲載されました。

 

図1. 神経細胞とカラムの極性

 

図2. 神経細胞の極性とカラムの配置

神経細胞の極性異常によってカラムが融合する

 

 

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Cell Reports

研究者情報:佐藤 純

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