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神経細胞の形態の複雑さを決める新しい因子を発見 | 理化学研究所
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神経細胞の形態の複雑さを決める新しい因子を発見 | 60秒でわかるプレスリリース | 理化学研究所
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図1 ショウジョウバエdaニューロンの樹状突起
感覚神経であるdaニューロンの樹状突起の形態はニューロンのタイプによって異なっており、クラスIは分岐の少ない樹状突起を示すのに対し、クラスIVは分岐が複雑で樹状突起が占める範囲も広い。
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図2 daニューロンクラス特異的な微小管構造
微小管のマイナス端を可視化できる遺伝子改変ハエの幼虫のdaニューロンを観察した。h,j,bは細胞全体を可視化した画像。I,k,cは微小管のみを可視化した画像。細胞全体のどこに微小管が
あるか確認できる。野生型（WT）を調べると、iのとおりクラスIニューロンでは蛍光シグナルが断片状に観察された。クラスIVニューロンでは、cのとおり樹状突起全体に連続した蛍光シグナルが見られた。
これらの結果から、図中③のように、クラスIニューロンの微小管は樹状突起内の特定の場所に集積し、クラスIVニューロンの微小管は樹状突起内に散らばっていることが推察された。また、Abが
働かない変異体では、kのとおりクラスIニューロンがクラスIVニューロンと同じタイプに変化していた。
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図3 クラス特異的な樹状突起形成のメカニズム
daニューロンのクラスI特異的な形態は、転写因子AbとAbによって活性化されるセントロソーミンの働きによって、微小管がゴルジ体断片に集積し、微小管の重合する方向を調節することで決まる。
私たちの脳や身体には数多くの神経細胞があり、樹状突起という枝分かれした細長い突起を伸ばして互いにつながって、複雑な神経ネットワークを作っています。樹状突起の分岐の複雑さは
神経細胞のタイプによって異なります。例えば、ショウジョウバエの感覚神経であるdaニューロンは、単純なもの（クラスⅠ）から複雑なもの（クラスⅣ）まで、4つにクラス分けされています。これまでの
研究によって、単純なクラスのdaニューロンでは、Abruptという転写因子が樹状突起の形成を抑えていることが知られています。しかし、この転写因子がどのように樹状突起の形を決めているのか、
その仕組みは分かっていません。
理研の研究者を中心とした国際共同研究グループは、ショウジョウバエを使い、「細胞の形態を維持している細胞骨格の1つである微小管をAbruptなどの転写因子が制御することで、樹状突起の
形が決まる」という仮説を立て、そのメカニズムを解明しようとしました。
微小管は、チューブリンというタンパク質が結合したり分離したりすることで伸縮します。微小管には極性があり、チューブリンが活発に結合や分離を繰り返す側をプラス端、反対側をマイナス端といいます。
マイナス端は安定な状態で存在するため、微小管構造の状態を反映します。そこで、国際研究グループは、マイナス端の位置を可視化できる遺伝子改変ハエを作成し、各クラスのdaニューロン内の
微小管を観察しました。その結果、樹状突起の分岐が複雑なクラスⅣのdaニューロンでは微小管が樹状突起内に散らばっているのに対し、分岐が単純なクラスⅠのdaニューロンの微小管は、
樹状突起内の特定の場所に集積していることが分かりました。この結果は、クラスによって微小管構造に違いがあることを示します。さらに、Abruptが働かない変異体のハエではクラスⅠのdaニューロンの
微小管構造がクラスⅣと同じような構造を示すことから、クラスによって決まる微小管構造の違いは、転写因子のAbruptで制御されると結論付けました。
そこで、転写因子Adによって活性化され微小管構造の調節に関わる遺伝子を系統的に調べたところ、セントロソーミン（Cnn）というタンパク質を作る遺伝子が活性化していることが分かりました。
樹状突起が伸びていくときに、断片状のゴルジ体（細胞小器官の1つ）は微小管が重合するための核になるとされています。このことから、セントロソーミンは微小管重合プロセスを促進し、樹状突起の
先端とは反対の方向に微小管の重合を促すことで、樹状突起の形成を抑制していることが明らかになりました。