ドイツ連邦のJohannes Gutenberg University Mainz (JGU) の研究チームは、脳の中で感覚入力の学習や処理に重要な役割を果たす新しい信号伝達経路を突き止めた。グリア細胞と呼ばれる特別な細胞がニューロンから情報を受け取ることは以前から知られていたが、同じグリア細胞がニューロンに情報を伝達することは知られていなかった。グリア細胞はニューロン・クロストークに影響するある種のタンパク質断片を放出し、それがニューロンが情報伝達に用いるシナプス接合に結合すると予想できる。
たとえば学習の過程中などにグリア細胞からのこのような情報伝達が妨げられると、神経回路網に変化が起きる。Dr. Dominik Sakry、Dr. Angela Neitz、Professor Jacqueline Trotter、Professor Thomas Mittmannらの研究チームは、究極的に行動パターンを決める仕組みを分子・細胞レベルからネットワーク・レベルにわたって解明した。この発見は複雑な脳の信号伝達経路を理解する上で大きな進歩となった。哺乳動物の脳ではグリア細胞の数は神経細胞をはるかに上回っているが、その機能についてはまだほとんど解明されていない。
乏突起膠細胞前駆体細胞 (OPC) と呼ばれるグリア細胞グループが乏突起膠細胞に成長し、神経軸索をミエリンの保護層で鞘のように包み込み、軸索を通しての急速な信号伝達を可能にしている。興味深いことに、脳細胞中におけるOPCの比率はほぼ一定しており、成人の脳でも脳の全領域にわたって5%から8%程度を占めている。
Mainz Universityの研究チームはこのOPCに絞って詳しく調べることを考えた。その研究論文が2014年11月11日付PLOS Biologyのオープンアクセス論文集オンライン版に掲載されている。
2000年、OPCが、ニューロンと形成しているシナプス接合を経由して神経回路網から信号を受け取っていることが突き止められた。Mainz University, Institute of Molecular Cell BiologyのProfessor Trotterは、｢前駆体細胞はシナプスから情報を受け取るだけでなく、シナプスを通して隣接する神経細胞に信号を伝達していることが分かった。
前駆体細胞も神経回路網の重要な構成部分だということを突き止めた｣と述べている。従来、ニューロンが脳の活動でもっとも主要な構成部分だと考えられていた。
しかし、この2年か3年ほどの間にグリア細胞もニューロン同様に重要な役割を担っているという証拠がますます増えてきている。JGU Institute of PhysiologyのProfessor Mittmannは、｢グリア細胞は脳にとって非常に重要であり、私達はこれまで知られていなかった信号伝達におけるグリア細胞の重要な役割をようやく解明することができた｣と述べている。
情報伝達の連鎖は神経伝達物質のグルタミン酸により、信号がシナプス間隙を通してニューロンからOPCに送られるところから始まる。そうすると、OPC中のαセクレターゼと呼ばれるプロテアーゼの一種であるADAM 10の活動を刺激し、これが前駆体細胞によって発現され、細胞外に放出されるNG2タンパクの断片に働きかけ、また周辺のニューロンのシナプスに影響を与えることになる。
ニューロンはこれに対して電気的活動の変化で対応している。
Dr. Mittmannは、｢細胞間の情報伝達はパッチ・クランプ法で聴き取ることができる｣と述べている。
研究論文の共同筆頭著者を務めているDr. Sakryはこの事象の連鎖について、｢このプロセスは、OPCがニューロンからの信号を受けるところから始まる。
つまり、ニューロンへのフィードバックは、OPCが信号を受けることと切り離しては考えられない｣と述べている。さらにNG2タンパク質を取り除くことでこのプロセスにおけるNG2の役割が明らかになった。
ニューロンのシナプスの機能が変化し、学習も影響を受け、感覚入力処理が阻害されたことが実験動物の行動形式の変化になって現れたことで、生理学者や分子生物学者との共同研究活動を通して、2種の脳細胞の間の情報伝達は一方通行ではなく、フィードバック・ループを伴う複雑な仕組みになっているという証拠が得られたのである。
このMainz Universityの研究プロジェクトに参加したのはFaculties of Biology and Medicineの他、Mouse Behavioral Unit (MBU) もプラットフォーム技術の形でFocus Program Translational Neurosciences (FTN) として参加している。さらにMainz Collaborative Research Centers (CRC 1080 and CRC-TR 128) もプロジェクトを後援し、MagdeburgのLeibniz Institute for Neurobiologyの参加も得ている。参加研究者は7か国にまたがっている。
画像は、脳の乏突起膠細胞前駆細胞 (OPC、緑) が神経回路網に組み込まれたニューロン間 (赤) のシナプス型信号伝達に影響を与えることを示している。(Source: Institute of Molecular Cell Biology, JGU). OPCと神経回路網の間の分子信号伝達経路のモデルについてはプレスリリースに説明。
■原著へのリンクは英語版をご覧ください:Glial Cells Communicate Back to Neurons
