分泌タンパク質BMPと神経伝達物質の共入力が鍵
2021-06-23 九州大学
九州大学大学院医学研究院の今井猛教授、医学系学府博士課程の藍原周平元大学院生、藤本聡志助教、坂口理智元大学院生の研究グループは、匂いの情報処理を司る嗅球の神経細胞、僧帽細胞をモデルとして、発達期に特定の樹状突起が選択的に強化される分子機構を解明しました。
脳の神経回路を構成する神経細胞は、樹状突起と呼ばれる神経突起を介して情報を入力します。神経細胞に正しい情報のみを入力するには、発達期に樹状突起が正しく配線される必要があります。匂いの情報処理に関わる嗅球の僧帽細胞と呼ばれる神経細胞は、出生直後までに樹状突起を複数伸ばします。その後、生後発達期にはそのうちの1つだけを強化し、その他を刈り込むことで正しい配線を獲得します。しかしながら、僧房細胞がどのようにして正しい接続とそれ以外を区別し、樹状突起の選択的な強化・刈り込みを行っているのかはわかっていませんでした。本研究では、BMPR-2と呼ばれる細胞表面分子が樹状突起の選択的強化・刈り込みの鍵となっていることを明らかにしました。BMPR-2は、BMPという分泌タンパク質があるときには神経伝達物質グルタミン酸のシグナルが入力されるようにし、樹状突起内のアクチン細胞骨格系の強化を促します。これにより、樹状突起は安定化され、シナプスの形成が促進されます。一方で、BMPがないときにはグルタミン酸による入力の情報が遮断され、下流に伝わらないため、逆に樹状突起の刈り込みが促進されます。ひとたび樹状突起が強化されると、強化するためのシグナルがますますたくさん入るようになるため、より強固な樹状突起が作られます。
本研究では嗅球の僧帽細胞をモデルとして研究を行いましたが、BMPR-2は大脳皮質におけるシナプス形成や、神経発達障害のひとつである脆弱X症候群との関連も指摘されています。今回の発見が神経発達障害の発症メカニズムの理解に貢献することが期待されます。
本研究はJSTさきがけ、CREST、新学術領域研究「スクラップ＆ビルドによる脳機能の動的制御」、日本学術振興会（JSPS）科学研究費補助金、持田記念医学薬学振興財団、上原記念生命科学財団の助成によって行われました。本成果は、令和3年6月22日(火）（米国時間）に米国のオンライン科学雑誌『Cell Reports』に掲載され、表紙を飾りました。本研究は九州大学および理化学研究所多細胞システム形成研究センター（当時）にて実施されました。
BMPという分泌タンパク質と神経伝達物質グルタミン酸の入力が両方ある時のみ、細胞内で細胞の骨組みであるアクチン線維が形成され、樹状突起が強化される（右）。逆に入力が無いときはアクチン線維が分解され樹状突起の刈り込みにつながる（左）。
研究者からひとこと
発達期の神経細胞は、自発的に正しい標的を判断してつながりを作ります。ここで間違ったつながりを作ってしまうと精神疾患の原因にもなります。この不思議で重要な謎を解き明かすために日々研究をしています。
論文情報
タイトル：BMPR-2 gates activity-dependent stabilization of primary dendrites during mitral cell remodeling
（BMPR-2は僧房細胞のリモデリングにおける神経活動依存的な樹状突起安定化を制御する）
著者名：藍原周平、藤本聡志、坂口理智、今井猛
掲載誌：Cell Reports
DOI：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109276
研究に関するお問い合わせ先
医学研究院 今井 猛 教授
