途切れた神経回路を再びつなぐ人工シナプスコネクターを開発

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シナプス異常による精神・神経疾患の治療に新しい道

2020-08-28 科学技術振興機構,慶應義塾大学,愛知医科大学

ポイント
  • さまざまな精神・神経疾患は、神経細胞間のつなぎ目である「シナプス」の異常に起因すると考えられているが、シナプスの構造を直接的に制御する治療方法はなかった。
  • シナプスを接続させる人工シナプスコネクターを開発し、小脳失調、アルツハイマー病、脊髄損傷のモデルマウスに投与することによって、シナプスの再形成と病態の改善に成功した。
  • 人工シナプスコネクターの設計方法の応用によって、多様な神経回路の接続が可能となり、神経科学の基礎研究や精神・神経疾患の治療への応用が期待される。

JST 戦略的創造研究推進事業において、慶應義塾大学 医学部 生理学教室の柚﨑 通介 教授、鈴木 邦道 助教を中心とする研究グループは、神経細胞間のつなぎ目であるシナプスを形成し、途切れた神経回路を迅速に再接続させる人工シナプスコネクターの開発に世界で初めて成功しました。

神経細胞と神経細胞のつなぎ目であるシナプスは、シナプスオーガナイザーの働きによって発達期から生涯にわたって形成、維持、再構築されます。自閉スペクトラム症、統合失調症、アルツハイマー病など多くの精神・神経疾患の発症は、シナプスの数や機能に異常があることが一因と考えられており、シナプス異常を是正する方法の開発が望まれていました。

柚﨑教授の研究グループは、先行研究で、シナプスオーガナイザーの一種で、主に小脳でシナプス前部と後部をつなぐ作用を持つシナプスコネクターセレベリン(Cbln1)を発見しました。今回、別のシナプスオーガナイザー分子である神経ペントラキシン(NP1)の結晶構造を解明し、その構造と組み合わせることによって、新しい人工シナプスコネクターCPTXを開発しました。CPTXは幅広い神経回路でシナプスを接続できる強力な特性を持ち、CPTXをシナプスの減少や異常を伴う小脳失調、アルツハイマー病、脊髄損傷のモデルマウスに投与すると、数日以内にシナプスが再形成され、協調運動の改善、学習・記憶機能の回復、まひした後ろ足の運動機能の回復など、それぞれの病態について著しい改善を導くことができました。

CPTXの設計原理を応用することによって、さまざまな神経回路におけるシナプス接続を導く新しい人工シナプスコネクターを開発することも可能であり、シナプスの形成・維持メカニズムの解明や、精神・神経疾患の新たな治療戦略の創出・応用につながることが期待されます。

本研究はドイツ神経変性疾患センターのアレキサンドル・ディティアテフ 教授、イギリスMRC分子生物学研究所のラドゥ・アリセスク 教授、愛知医科大学の武内 恒成 教授、笹倉 寛之 助教らの研究グループとの国際共同研究の成果です。

本研究成果は、2020年8月28日(米国東部時間)に米国科学誌「Science」のオンライン版で公開されます。

本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。

戦略的創造研究推進事業 チーム型研究(CREST)

研究課題:「光操作によるシナプス可塑性と記憶形成の因果関係の解明」

研究代表者:柚﨑 通介(慶應義塾大学 医学部 生理学教室 教授)

研究期間:平成30年10月~令和6年3月

戦略的創造研究推進事業 総括実施型研究(ERATO)

研究プロジェクト:「浜地ニューロ分子技術プロジェクト」

研究総括:浜地 格(京都大学 大学院工学研究科 教授)

研究期間:平成30年10月~令和6年3月

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“A synthetic synaptic organizer protein restores glutamatergic neuronal circuits”
(人工シナプスオーガナイザーたんぱく質がグルタミン酸作動性神経回路を回復させる)
<お問い合わせ先>
<研究に関すること>

柚﨑 通介(ユザキ ミチスケ)
慶應義塾大学 医学部 生理学教室 教授

<JST事業に関すること>

保田 睦子(ヤスダ ムツコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 ライフイノベーショングループ

加藤 豪(カトウ ゴウ)
科学技術振興機構 研究プロジェクト推進部 グリーンイノベーショングループ

<報道担当>

科学技術振興機構 広報課
慶應義塾大学 信濃町キャンパス 総務課
愛知医科大学 医学部 事務部 庶務課

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