脳の謎に迫る！小脳シナプスの「設計図」を世界で初めて解明

もし、この超微細な接続点の「設計図」を、分子レベルで詳細に覗き見ることができたとしたらどうでしょう？

この度、科学者たちは最先端の技術を駆使して、その偉業を成し遂げました。脳科学における長年の謎であった小脳シナプスの構造が初めて明らかになり、将来の医療に新たな光を当てる可能性がでてきました。

科学者たちはクライオ電子顕微鏡法を用いて、脳の小脳にある神経細胞をつなぐ重要な受容体の構造と形状を、世界で初めて明らかにしました。脳幹の後ろに位置する小脳は、運動の協調、平衡感覚、認知といった機能において極めて重要な役割を果たしています。2025年6月23日に科学雑誌『Nature』誌で発表されたこの研究は、怪我や遺伝子変異によってこれらの構造が破壊された際に、それらを修復する治療法の開発につながる可能性のある新しい知見を提供するものです。影響を受ける運動能力には、座る、立つ、歩く、走る、跳ぶといった動作や、学習・記憶が含まれます。この論文のタイトルは「Gating and Noelin Clustering of Native Ca2+-Permeable AMPA Receptors（天然のCa2+透過性AMPA受容体のゲーティングとノエリンによるクラスタリング）」です。

オレゴン健康科学大学（OHSU）の科学者たちによるこの発見は、直ちに新薬や治療法に結びつくものではありませんが、人間の健康を向上させるために何十年にもわたって維持されてきた、米国の医学研究への取り組みを示す基礎科学研究の一例です。世界で最も権威ある科学雑誌の一つに掲載されたこの新しい研究は、米国国立衛生研究所およびハワード・ヒューズ医学研究所によって支援されました。

この研究は、特定の種類のグルタミン酸受容体の構成を明らかにしました。グルタミン酸受容体は、神経細胞間で信号を伝達する化学的神経伝達物質であり、脳内の主要な興奮性神経伝達物質と考えられています。この受容体は、小脳の神経細胞間の接合部であるシナプス上でクラスター化したタンパク質と結合しています。

「シナプスは脳機能のあらゆる側面で不可欠ですが、その分子構造が機能的なシナプスの中でどのように組み合わさっているかについては、これまでよく理解されていませんでした」と、上級著者であるOHSUヴォーラム研究所の上級科学者、エリック・ゴー博士（Eric Gouaux, PhD）は述べています。「隣接する細胞から放出された神経伝達物質を検出できるよう、受容体がまさに正確な場所に配置されていることが、極めて重要なのです。」

小脳におけるグルタミン酸の研究

2018年に3つの国立センターの一つとして設立され、OHSUのサウスウォーターフロントキャンパスにある建物の強化された地下に収容されている最先端のクライオ電子顕微鏡を用いて、研究者たちはげっ歯類の小脳にある特殊なグルタミン酸受容体の形状を、原子に近いスケールで調査しました。

「小脳に損傷や遺伝子変異があると、平衡感覚、運動、または認知に深刻な障害を引き起こす可能性があることがわかっています」と、共著者であり、OHSU医学部の耳鼻咽喉科・頭頸部外科学の教授でヴォーラム研究所の科学者でもあるローレンス・トラッセル博士（Laurence Trussell, PhD）は語ります。「この種のグルタミン酸受容体は、小脳がどのように機能するかにとって、非常に重要であるようです。これらの受容体を標的とする薬剤を開発することで、その機能が改善される可能性は十分にあります。」

ハワード・ヒューズ医学研究所の研究員であり、OHSUのジェニファー・アンド・バーナード・ラクルート神経科学研究寄付講座教授であるゴー博士は、この新しい発見が新たな治療法に応用される可能性があると述べました。

「私たちは、いつか損傷したシナプスの修復に役立つかもしれない、シナプスの工学と分子的洞察に関するこの問題に興味を持ってきました」と彼は言います。「これは治療応用の可能性を秘めた、非常にエキサイティングな新しい方向性です。」

筆頭著者であるゴー研究室のポスドク研究員、チェンリー・ファン博士（Chengli Fang, PhD）は、この論文で報告された実験のほぼすべてを実施しました。

ゴー博士、トラッセル博士、ファン博士に加え、共著者にはOHSUのキャシー・J・スパングラー博士（Cathy J. Spangler, PhD）、ジュミ・パク博士（Jumi Park, PhD）、そしてOHSUとハワード・ヒューズ医学研究所のナタリー・シェルドン（Natalie Sheldon）が含まれています。

[News release] [Nature abstract]