理研BSIニュース No.38(2008年1月号)

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Brain Network

見学 美根子

運動記憶の脳メカニズム

神経分化修復機構研究グループ
神経細胞極性研究チーム
チームリーダー 見学 美根子


我々の小さな頭の中にある脳がもつ感覚・認知・学習などの処理能力は、一部屋を占拠するスーパーコンピュータの比ではありません。脳全体で1秒間に起こるシナプス活動はインテル製ペンティアムプロセッサー100万台を搭載するコンピュータに匹敵するという記述を目にしたことがあります。数字の真否はともかくとして、この小さな空間で膨大な情報を処理するために、個々のニューロンは整然と配置し、緻密に枝分かれした突起を正確に交叉し合って多大な特異的シナプス結合を形成します。脳の中にある個々の細胞を観察すると、その形と配列の美しさに目を奪われます。私たちは、脳がどのようにして細胞を緻密に組み上げて、細胞構築(cytoarchitecture)を形成するのかに興味を持っています。


まず脳の中で個々の細胞が整列し、皮質や神経核をつくるために、細胞は誕生した場所から最終目的地まで移動します。発生中の脳で細胞移動が起こることが脳皮質形成に重要であることは Santiago Ramón y Cajalにより100年以上前に発見され、以来、盛んに研究されてきましたが、従来の固定した脳の顕微鏡観察では細胞移動の機構を推測するには限界がありました。今世紀に入り、顕微鏡技術の革新によって生きた神経細胞の移動をつぶさに観察することが可能になり、これまで見ることのできなかった現象が見えるようになりました。これにより細胞移動の経路やメカニズムについて、数十年来の定説を覆す発見が次々となされています。私たちは小脳顆粒細胞というニューロンの移動を研究しています。生体での細胞移動を再現するため、小脳組織をできるだけ保持した厚い脳切片の中で動く細胞を、培養器に入れたまま共焦点顕微鏡でタイムラプス観察する手法を確立しました。私たちの研究で、細胞の中の核がどのように前に運ばれるか、その分子機構の一端が明らかになりました。今後、さらに細胞移動の動力を生む分子を明らかにしたいと考えています。


もう一つ私たちが興味を持っているのは、ニューロンの樹状突起の枝分かれパターンがどのように決まるかという問題です。例えば、小脳プルキンエ細胞樹状突起は20,000個の顆粒細胞とシナプスを形成しますが、限られた空間でこれを実現するため、直線状に伸びる顆粒細胞の軸索の束に対し垂直な扇形に展開して、最大数の顆粒細胞と交叉します。なぜプルキンエ細胞は平板状に樹状突起を伸ばすことができるのか、顆粒細胞を含めた組織内のさまざまな細胞との対話によることは間違いなく、生体内で解析することが不可欠です。現在、私たちは発生中の脳で樹状突起が展開していくダイナミクスと、そのパターンを決定する細胞間相互作用を明らかにしたいと考えています。


脳の細胞移動や樹状突起形成の異常は、皮質や神経核の異常形成による回路の配線ミスを招き、癲癇や精神遅延を伴う重篤な神経疾患を引き起こします。また、統合失調症などの精神疾患との関連も指摘されており、臨床医学的にも重要な課題です。私たちは正常発生における細胞の挙動の機構を明らかにすることを目指していますが、臨床医学への応用につながる発見ができればと願っています。




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