Nogo

（読み方）ノゴ　（英）Nogo　

概要

　Nogoは脊椎動物の中枢神経の軸索伸長の阻害効果をもち、軸索損傷後の再生を阻害する分子であると考えられている。Nogo-A蛋白内には２つの軸索伸張阻害作用を有する蛋白ドメインがあり（Δ20とNogo-66)、軸索伸長阻害のみならず、軸索の先端の成長円錐を虚脱させる作用を持っている。動物実験によりNogo-Aあるいはその下流のシグナルを阻害することにより、神経損傷時における神経軸索の再生を促すことが示されてきた。このことから軸索が損傷を受け、その再生ができないことにより重度の後遺障害が残る、脊髄損傷や多発性硬化症のような脱髄疾患における軸索再生治療への期待がかけられている。また、病態時のみならず、脳内の学習と記憶のプロセスを強化する課程において重要な役割を果たすことが分かっている。

発見の歴史

　今からおよそ８０年前に、スペインの神経学者Ramon y Cajalが重要なヒントを見いだした。彼は、感覚を伝える後根神経という末梢神経の軸索を切断し、その後の軸索の再生を観察した。再生しかけた軸索は、脊髄の中に侵入できず、再生できなかった。その後1980年代になって、Aguayoらは、脊髄の損傷による欠損部を末梢神経の周囲組織をグラフトとして移植することで、このグラフト内を軸索が再生する結果を得た。これらにより、神経細胞自体に再生する力がないのではなく、神経細胞を取り巻く環境が再生に適していないのではないかと考えられるに至った。特に中枢神経系のグリア細胞の影響と、神経成長因子の欠如が重要視され、その後、特にグリア細胞に焦点を当てた研究が精力的に行われた。
　1980年代、現在に至るまでの研究の方向性の舵取りとなった複数の論文がSchwabらにより報告された。最初の報告は、培養神経細胞が視神経鞘の上では突起を伸展させることができず、末梢神経の周囲にあるシュワン細胞の上では伸展できるというものであった。視神経の周囲を取り巻いているオリゴデンドロサイトが、突起の伸展を抑制している可能性が示唆されている。オリゴデンドロサイトの細胞膜表面のリン脂質からなる独特の構造をミエリンと呼ぶが、このミエリンが神経突起の伸展を抑制することが、その後報告された。ミエリンは多様な分子からなり、その中に再生を阻害している分子が存在していると考えられたのだが、その分子を捕まえるために彼等がとった方法は、ミエリンの各フラクションに対する抗体を作成するというものだった。彼等はIN-1と名付けた抗体を紹介している。これらの知見はその後の連綿と続く研究の土台となる成果であった。In vitroの実験により、IN-1抗体はミエリンの作用を中和し、220 kDaの糖蛋白に結合することが判明した。もしもIN-1抗体が認識する蛋白が中枢神経の再生を阻害しているならば、この抗体は再生治療薬として効果があるかもしれない。この仮説は同グループによって検証されている。IN-1抗体を脊髄損傷させたラットに投与すると、軸索再生と運動機能の回復が認められた。これら一連の成果により、軸索再生阻害という概念は、仮説ではなく実在のものとして信じられるようになった。しかし再生阻害を担う蛋白の単離は１０年かかっても実現しなかった。その間に、この分野において大きな進展はなく、懐疑的な科学者はミエリンによる再生阻害という概念に疑問を呈するようになった。

Ⅱ　Nogoとその受容体の発見
　最初のミエリン由来再生阻害蛋白は、上記の流れとは異なるところから生まれてきた。FilbinらとMcKerracherらは、myelin associated glycoprotein（MAG）というやはりミエリンに存在している糖蛋白が、in vitroにおいて神経突起伸展を抑制することを発見した。1994年のことであったが、これらの報告は当初それほど注目を集めなかった。神経細胞の種類によって、MAGに対する反応が異なっていて、MAGは常に再生阻害に働くわけではなかったためである。たとえば胎児期の後根神経はMAGにより突起の伸展が促進された。さらに脊髄損傷をおったMAGのノックアウトマウスはより良い軸索再生をみせなかった。MAG以外の蛋白が重要なのであろうと考えられた所以である。
　一方Schwabのグループは1998年に、IN-1抗体の認識する蛋白の部分配列を公開した。このペプチド配列をもとに、長年捜し求めた目的の蛋白がクローニングされ、３つのグループによって同時に報告された。Nogoと名付けられたこの蛋白はその配列情報から２回膜貫通構造をもっていると考えられ、培養神経細胞に対して突起伸展抑制作用をもっていた。Nogoはスプライシングによって３つの長さの異なる蛋白が作られる。このうち最も長いNogo-Aには再生阻害に働く２つのドメインが存在する。Schwabらはアミノ端のNogoがより重要であると考えているが、Strittmatterらは膜貫通領域に囲まれる６６個のアミノ酸からなるペプチド部分（Nogo-66）の再生抑制作用に注目し、その後の研究の潮流をリードした。
次の課題はNogoがどのように神経細胞に働くかという疑問であり、神経細胞上の受容体の同定であった。MAG受容体もまだ見つかっていなかった。Nogo発見の翌年、StrittmatterらはNogo-66の受容体を同定した。Nogo-66の受容体は細胞内ドメインをもたないGPIアンカー型蛋白であり、Nogo-66に対し高親和性を示した。
この発見を機に、この分野の研究は意外な展開を辿っていった。その翌年、FibinおよびStrittmatterの二つのグループがMAGもNogo受容体のリガンドであることを示したのである。こうしてMAGは、再生阻害蛋白としての重要性を改めて認知されることになった。また時期を同じくして、３つ目のミエリン由来再生阻害蛋白をHeらが報告している。それはoligodendrocyte myelin glycoprotein (OMgp)という蛋白で、その名の通りオリゴデンドロサイトに発現している。しかもOMgpもNogo受容体のリガンドであることが判明した。オリゴデンドロサイトには複数の構造的に異なる蛋白が存在するが、これらが同一の受容体に結合し作用するという単純なモデルが描かれたのである。

蛋白の一次構造とドメイン

（図１）Nogoのアイソフォームと一次構造

図１に示されるとおり、Nogo蛋白の一次構造は、RTN4遺伝子によりコードされる二回膜貫通型の蛋白である。 RTN4遺伝子からは、３つのアイソフォームNogo-A,Nogo-B,Nogo-Cが作られる。

軸索阻害作用を持つNogo-66はNogo-A,-B,-Cに共通のドメインである。一方、Δ20ドメインは、Nogo-Aのみが持つことが分かっている。

　二回膜貫通型ではあるが、図２で示されるように、アミノ末端部は、細胞外に露出していると考えられている。

受容体と細胞内シグナル

（図２）受容体と細胞内シグナル伝達経路

RTENOTITLE

Two binding sites are currently known for the Nogo-66 sequence, the Nogo receptor 1 (NgR1) and the membrane protein paired immunoglobulin-like receptor B (PIRB). Both receptors also interact with other ligands, however. The receptor for the Nogo-A specific active site remains to be characterized. Rho activation followed by destabilizing effects on the cytoskeleton are obligatory steps in the postreceptor signalling and effector pathway that leads to the collapse of neurite growth cones. Several additional proteins are associated with what is probably a multisubunit receptor complex for Nogo-A.
Nogo-B, by interaction with a Nogo-B receptor (NGBR), influences vascular endothelial cells and smooth muscle cells, which hyperproliferate after vascular lesions in Nogo-A and Nogo-B double knockout mice. The function of Nogo-C is currently still unknown.
During CNS development, Nogo-A and its receptors are expressed in cortical precursors and affect their migration. Many projection neurons in the central and peripheral nervous systems express Nogo-A during axonal outgrowth; its neutralization or knockout enhances axonal fasciculation and influences branching. NgR1 and the shorter Nogo forms also have guidance and fasciculation functions in zebrafish, a lower vertebrate.
In the adult CNS, oligodendrocyte and myelin Nogo-A suppresses the growth programme of adult neurons, probably by a retrograde action on the cell bodies. Locally, neurite growth is dampened by the growth cone collapsing actions of Nogo-A. Nogo-A thus acts as a stabilizer of the adult CNS neuronal network and wiring. Ablation of Nogo-A or NgR1 accordingly enhances plastic rearrangements of CNS connections, extending the so-called 'critical period' far into adult ages, for example, for visual cortex plasticity. The schizophrenia-like behaviour of Nogo-A knockout mice and the associations found between psychiatric disorders and mutations in the genes encoding Nogo or NgR1 may be based on similar functions.
In addition to its cell surface expression, high amounts of Nogo are also present intracellularly. In neurons, its interaction with β-secretase points to a role in the regulation of amyloid precursor protein (APP) processing. Manipulations of Nogo have indicated a structural role for Nogo in the endoplasmic reticulum (ER) and the nuclear membrane. Interactions with proteins involved in cell survival and apoptosis have also been observed.
Various approaches aimed at suppressing Nogo-A or NgR1 actions have been used following injury of the adult spinal cord or brain. Acute functional suppression and, with more variable effects, chronic genetic deletion enhance regenerative sprouting and growth of various CNS tract systems. In addition, spared fibre systems have shown enhanced compensatory sprouting; both these processes were associated with substantial improvements of the behavioural recovery of lost functions in rodents and monkeys. These results illustrate the important growth-suppressive role of Nogo-A in the adult mammalian CNS.