ニューロンがリンクを失うためにどのように競合するか

Jan 22, 2024

研究者らは、シナプスがどのように互いに競合するのか、また発達中に弱くてノイズの多いシナプスがどのように排除されるのかについて詳しく説明しています。

九州大学

画像: 発生の初期には、僧帽細胞と呼ばれるニューロンが複数の枝を伸ばして複数の糸球体に接続します。 盆栽のように、成長が進むにつれて枝は強化され、剪定されます。 しかし、研究者らは枝強化のメカニズムを詳しく調査したが、剪定がどのように誘発されるかについては十分に研究されていないままだった。 九州大学の研究者らは、僧帽弁細胞が神経伝達物質グルタミン酸を受け取ると、その後のシグナルがRhoAの局所抑制を引き起こし、その樹状突起を保護することを発見した。 同時に、グルタミン酸の入力を受けなかった樹状突起では、脱分極によって RhoA によって制御される剪定機構が活性化されます。 勝者のデンドライトがすべてを奪います。もっと見る

提供：九州大学/今井研究室

福岡、日本—九州大学の研究者らは、脳の発達における基本的でありながら重要視されていない段階であるシナプス刈り込みのメカニズムを解明した。

研究チームは、嗅覚系のニューロンの一種であるマウス僧帽弁細胞を用いて、ニューロンが神経伝達物質シグナルを受信すると、受信樹状突起が一連の化学経路を通じて保護されることを発見した。 同時に、脱分極は同じ細胞の他の樹状突起を引き起こし、剪定を促進する別の経路を通過させます。 彼らの研究は雑誌「Developmental Cell」に掲載されました。

ニューロンがどのように接続し、自らを再構築するかは、神経生物学における基本的な問題です。 適切なネットワーキングの背後にある重要な概念は、ニューロンが他のニューロンとの接続を形成および強化しながら、過剰で誤ったニューロンを剪定することにあります。

「神経回路リモデリングにおける一般的なフレーズは、『ワイヤーを一緒に発射する』と『同期がずれるとリンクが失われる』というものです。 前者は、相互に信号を伝達するニューロンがどのように接続を強化する傾向があるかを説明していますが、後者は、信号が伝達されないと接続が弱まると説明しています」と、研究を主導した九州大学医科学研究院の今井武教授は説明する。 「これは脳を適切に成熟させるための基礎となる精製プロセスです。」

今井教授を含む研究者たちは、数十年にわたり、ニューロンがどのように結合を形成し、強化するのかという基本的なプロセスを研究してきました。 しかし、このプロセスには、接続をどのように排除するかという、ほとんどの人が検討していない大きなギャップが 1 つありました。

「神経結合の除去、いわゆる枝刈りは、この分野の誰もが知っており、観察していたことです。しかし、文献を見ると、このプロセスを推進する正確なメカニズムについての研究が不足していました。」と筆頭著者は説明します。藤本聡さん。

接続の消去は、神経系のいたるところで起こります。たとえば、筋肉に運動する信号を送る神経筋接合部などです。 まず、筋線維は多くの運動ニューロンから入力を受け取ります。 成長するにつれて、これらの接続は微調整され、1 つのニューロンだけが 1 つの筋線維に接続されるまで、一部が強化され、他のものは削除されます。 幼い頃に運動制御や協調性がぎこちないのはこのためです。

「私たちは、リモデリング中にニューロンで正確に何が起こっているのかを調べることにしました。そこで、私たちの嗅覚に関与する脳中枢である嗅球に収容されている細胞の一種であるマウス僧帽細胞を使用することを検討しました。成人の僧帽細胞は、 「糸球体と呼ばれる信号伝達中継局への単一の接続です。しかし、発生初期には僧帽細胞が多くの糸球体に枝を送ります」と藤本氏は述べています。 「時間が経つにつれて、これらの枝は剪定され、単一の強いつながりが残ります。最終的に、僧帽弁細胞は特定の種類の匂いのみを嗅ぎ分けることができます。」

まず、研究チームは、嗅球内の神経伝達物質グルタミン酸の自発波が樹状突起の剪定を促進することを発見した。 次にチームは、僧帽細胞の内部シグナル伝達経路に焦点を当てました。 彼らが発見したのは、特定のつながりを強化し、他のつながりを剪定する独自の保護/罰機構でした。

「僧帽弁細胞では、剪定に不可欠なのはグルタミン酸からのシグナル伝達であることがわかりました。グルタミン酸が樹状突起内の受容体NMDARに結合すると、RhoAと呼ばれる剪定機構分子が抑制されます」と藤本教授は続ける。 「この『助けて』の信号は、剪定から守るために重要です。」

グルタミン酸が入力されると、僧帽弁細胞も脱分極して信号を発します。 研究チームはまた、脱分極が同じ細胞の他の樹状突起でRhoAの活性化を引き起こし、剪定プロセスを開始することも発見した。 簡単に言えば、グルタミン酸シグナルを直接受け取る樹状突起は保護され、他の樹状突起は刈り取られます。

「シナプス消去に対するこの『罰』信号は、保護されていないシナプスにのみ作用します。これは、どのようにして強力な接続だけが勝者となり、弱くノイズの多い入力を仲介する他のすべての接続が敗者になるかを説明しています」と今井氏は説明する。

研究チームの研究結果は、神経発達における見過ごされてきたが重要な段階に関する新たな情報を明らかにした。

「神経細胞の接続を適切に剪定することは、ネットワークの強化と同じくらい重要です。どちらかに問題が発生すると、さまざまな種類の神経生理学的障害を引き起こす可能性があります。統合失調症に関連する接続が少なすぎるのに対し、接続が多すぎることが判明しています。たとえば、自閉症スペクトラム障害を持つ人々の場合です。」 と今井さんは言う。 「この種の病理を理解するには、発達のあらゆる段階を注意深く観察する必要があります。」

###

この研究の詳細については、「マウスの僧帽弁細胞発達における活動依存性局所保護と側方抑制制御シナプス競合」、藤本 聡、マーカス N. レイウェ、相原 修平、坂口 理知、室山 裕子、小早川 玲子、小早川 航を参照してください。 、斉藤哲一郎、今井武発達細胞、https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.05.004

九州大学について九州大学は、1911 年の創立以来、日本を代表する研究指向の高等教育機関の 1 つです。約 19,000 人の学生と 8,000 人の教職員を擁する九州大学の世界クラスの研究センターは、以下の幅広い研究領域と研究分野をカバーしています。人文科学や芸術から工学や医学まで。 日本最大級のキャンパスを含むその複数のキャンパスは、日本の南西部にある九州の沿岸大都市、福岡市の周辺にあります。福岡市は世界で最も住みやすい都市として頻繁にランクされ、歴史的には日本のアジアへの玄関口として知られています。 九州大学はビジョン2030を通じて「統合的な知で社会変革を推進」します。 知識の相乗的応用は学術界全体を網羅し、より良い未来に向けて新しいシステムを革新しながら社会の問題を解決します。

発生細胞

10.1016/j.devcel.2023.05.004

実験研究

動物

マウスの僧帽弁細胞の発達における活動依存性の局所保護と側方抑制によるシナプス競合の制御

2023 年 6 月 7 日

免責事項: AAAS と EurekAlert! EurekAlert! に投稿されたニュース リリースの正確性については責任を負いません。 貢献機関による、または EurekAlert システムを介した情報の使用。