「脳内の脂質合成が運動学習にもたらす」メカニズムを解明～アルツハイマー型認知症や多発性硬化症への治療戦略の創出に期待～

2023-07-27

2023-07-26 名古屋大学

国立大学法人東海国立大学機構名古屋大学大学院医学系研究科分子細胞学分野の青山友紀博士課程大学院生、加藤大輔講師、和氣弘明教授らの研究グループは、脳内の神経細胞の出力部である軸索の周囲を絶縁するために形成される髄鞘に着目し、運動学習に伴って引き起こされる神経細胞の活動変化によって髄鞘の構成成分である脂質の組成変化が起こり、これが運動学習に必須であること及びその詳細なメカニズムを明らかにしました。

脳には主に神経細胞とその連結部であるシナプスによって構成される灰白質と出力線維である軸索、それを取り巻く髄鞘^{(注 1)}から構成される白質が存在します。それぞれコンピューターとそのケーブルのような役割を果たし、そこには電気信号によって情報を送信する神経細胞やその機能をサポートするグリア細胞が存在しています。グリア細胞の1つであるオリゴデンドロサイトは髄鞘を軸索周囲に形成し、神経伝導速度を時間的に制御します。この髄鞘は脂質に富んだ構造であることが知られ、これによって白質は白色(脂質)を呈し、この脂質によって絶縁体として機能します。近年、この髄鞘の可塑的変化によってケーブル内を伝わる活動電位の伝播速度が変化することが知られるようになり、これが神経細胞間の情報伝達に寄与することも明らかとなっています。また、ヒト頭部 Magnetic Resonance Imaging(MRI)を用いた研究により、ピアノ演奏やジャグリングなどの訓練によって、関連する脳領域の白質に構造的な変化が起こることが報告され、この変化がこれらの訓練に伴って引き起こされる神経活動依存的に起こること、及びこの変化が技術の取得に必要であることが示唆されてきました。さらに、齧歯類を用いた頭部 MRI 研究により、この白質の可塑的構造変化は、髄鞘の構成タンパク質の発現と相関があることも明らかとなり、髄鞘の可塑的構造変化を担うメカニズムが着目されています。本研究では、運動学習に伴う髄鞘を構成する脂質成分に着目し、この詳細な脂質組成の変化を明らかにするとともに、その運動学習への寄与を示しました。本研究によって、病態が髄鞘の変化に伴って進行することが知られるアルツハイマー型認知症や多発性硬化症への治療戦略が創出されることが期待されます。本研究成果は「GLIA」の電子版(2023 年 7 月 20 日付)に掲載されました。

【ポイント】

・運動学習により、運動野直下に存在する白質の脂質組成がダイナミックに変化することが分かりました。
・この運動学習に伴う脂質組成の変化量は、学習に関連する神経活動の強度と正の相関をすることが分かりました。
・さらに髄鞘を形成するオリゴデンドロサイト特異的に脂質の1つであるガラクトセラミド(GalCer)の合成を阻害すると、運動学習が損われることも分かりました。
・本研究による髄鞘内の詳細な脂質組成とそれらの運動学習への寄与の解明は、病態が髄鞘の変化に伴って進行することが知られるアルツハイマー型認知症や多発性硬化症への治療戦略が創出されることが期待されます。

◆詳細(プレスリリース本文)はこちら

【用語説明】

注 1: 髄鞘 (ずいしょう)
神経細胞の軸索周囲にグリア細胞の 1 つであるオリゴデンドロサイトが形成する層状の構造物。軸索を伝わる信号である活動電位を素早く伝える役割がある。

【論文情報】

雑誌名:GLIA
論文タイトル: Regulation of lipid synthesis in myelin modulates neural activity and is required for motor learning
著者名・所属名:
Daisuke Kato^1,2#*, Yuki Aoyama^1#, Kazuki Nishida³, Yutaka Takahashi⁴, Takumi Sakamoto⁴, Ikuko Takeda^1,2, Tsuyako Tatematsu¹, Shiori Go⁵, Yutaro Saito¹, Shiho Kunishima¹, Jinlei Cheng¹, Lingnan Hou¹, Yoshihisha Tachibana³, Shouta Sugio¹, Reon Kondo¹, Fumihiro Eto^4,6, Shumpei Sato⁴, Andrew J Moorhouse⁷, Ikuko Yao^4,6, Kenji Kadomatsu⁵, Mitsutoshi Setou⁴ and Hiroaki Wake^1,2,8,9,10*
1. Department of Anatomy and Molecular Cell Biology, Nagoya University Graduate School of Medicine, Nagoya, Japan.
2. Division of Multicellular Circuit Dynamics, National Institute for Physiological Sciences, National Institutes of Natural Sciences, Okazaki, Japan.
3. Division of System Neuroscience, Kobe University Graduate School of Medicine, Kobe, Japan.
4. Department of Cellular and Molecular Anatomy, Hamamatsu University School of Medicine, Hamamatsu, Japan.
5. Institute for Glyco-core Research, Nagoya University, Nagoya, Japan.
6. Department of Biomedical Chemistry, School of Science and Technology, Kwansei Gakuin University, Sanda, Japan.
7. School of Medical Sciences, UNSW Sydney, Sydney, NSW, Australia.
8. Center of Optical Scattering Image Science, Kobe University, Kobe, Japan.
9. Department of Physiological Sciences, Graduate University for Advanced Studies, SOKENDAI, Hayama, 240-0193, Japan.
10. Core Research for Evolutional Science and Technology, Japan Science and Technology Agency, Saitama, Japan.
DOI: 10.1002/glia.24441