神経科学の世界が大きな動揺を見せている。脳を構成する主要な二つの細胞、ニューロンとグリア細胞の間に、新たなハイブリッド細胞が隠れていたことが明らかになった。神経科学の歴史を通じて、ニューロンのネットワークを通じた情報の高速な処理・伝達の能力が脳の主要な機能であると認識されてきた。これをサポートするため、グリア細胞は構造的、エネルギー的、免疫関連の役割を果たし、生理的定数を安定させてきた。その中でも、アストロサイトは、ニューロン間で情報伝達のための神経伝達物質が放出される接触点、シナプスを密接に取り囲んでいる。
このため、アストロサイトがシナプス伝達に積極的な役割を果たしている可能性があると長らく考えられてきた。しかしこれまでの研究は結果が一致せず、明確な科学的合意に至っていなかった。
今回、University of Lausanne (UNIL)の基礎神経科学部門とジュネーブのWyss Center for Bio and Neuroengineeringの神経科学者たちは、アストロサイトの特性を持ちつつ、シナプス伝達に必要な分子機構を発現する新しい細胞タイプを特定し、何年にもわたる議論に終止符を打った。
パズルの鍵
アストロサイトがニューロンと同様に神経伝達物質を放出する能力があるかどうかを確認するため、研究者たちは先端の分子生物学的手法を用いてアストロサイトの分子内容を詳細に調査した。目的は、ニューロンが使用する主要な神経伝達物質であるグルタミン酸の迅速な分泌のための機構を見つけることであった。テリー・ルドヴィック博士(Ludovic Telley)は「単一細胞トランスクリプトミクスの精密さが、アストロサイトのプロファイルを持つ細胞内で、グルタミン酸放出のためのニューロンの小胞を満たす役割を果たすVGLUTという小胞タンパク質のトランスクリプトが存在することを示してくれました。これらのトランスクリプトはマウスの細胞で見られることが確認され、ヒトの細胞でも保持されているようです。私たちはまた、これらの細胞に他の特化したタンパク質も同定しました。これらはグルタミン酸性の小胞の機能や他の細胞との迅速なコミュニケーション能力に欠かせないものです」と述べています。
新しい機能性細胞
次に、神経科学者たちは、このハイブリッド細胞が実際にシナプス伝達と同等の速さでグルタミン酸を放出する能力があるかどうかを検証した。そのため、研究チームは、脳組織や生きているマウスで小胞によるグルタミン酸の放出を視覚化する先進的なイメージング技術を使用した。「選択的な刺激に応答して迅速にグルタミン酸を放出するアストロサイトのサブグループを特定しました。これは、これらの細胞のシナプスを思わせる特定の領域で観察されました」とアンドレア・ヴォルテッラ博士(Andrea Volterra)は述べています。
さらに、このグルタミン酸の放出はシナプス伝達に影響を及ぼし、ニューロン回路を調整することが確認されました。研究チームは、このハイブリッド細胞によるVGLUTの発現を抑制することで、これを実証しました。「これらの細胞はニューロンの活動を調節する細胞であり、ニューロンのコミュニケーションや興奮度を制御しています」とデ・チェリア・ロベルタ博士(Roberta de Ceglia)は語っています。そして、この機能が存在しない場合、長期的な記憶形成のプロセスが損なわれ、マウスの記憶が影響を受けることが示されています。
脳の病理との関連
この発見の意義は、脳の障害に関連するものにも及ぶ。研究チームは、グルタミン酸性アストロサイトを特異的に破壊することで、記憶の固定化への影響だけでなく、てんかんとの関連性も明らかにし、発作が増加することも確認しました。さらに、グルタミン酸性アストロサイトは運動制御に関連する脳回路の調節にも役立つことが示され、パーキンソン病の新たな治療標的としての可能性も提唱されています。
「ニューロンとアストロサイトの間に、新しい細胞が存在することがわかりました。この発見により、私たちの前には広大な研究の展望が広がっています。次回の研究では、アルツハイマー病における記憶障害に対するこの細胞の保護的役割、そしてここで研究された領域や疾患以外での役割を探る予定です」とヴォルテッラ博士は語っています。
この研究の結果は、2023年9月6日にNatureに掲載されました。論文は「Specialized Astrocytes Mediate Glutamatergic Gliotransmission in the CNS(専門化されたアストロサイトがCNSでのグルタミン酸性グリオトランスミッションを仲介)」というタイトルで公開されています。
[News release] [Nature article]



