マルチノッチ細胞
宮本 大祐
名古屋大学 環境医学研究所
村山 正宜
独立行政法人理化学研究所 脳科学総合研究センター
DOI XXXX/XXXX 原稿受付日：2014年4月10日 原稿完成日：2014年月日
担当編集委員：渡辺 大（京都大学大学院 生命科学研究科認知情報学講座・医学研究科生体情報科学講座）
英語名: Martinotti Cells
マルチノッチ細胞は大脳皮質の第Ⅱ層―第Ⅵ層に細胞体を有するGABA作動性の介在細胞の一種である。マルチノッチ細胞の軸索の主な投射先は第Ⅰ層で、主に錐体細胞の樹状突起活動を抑制している。大脳皮質の局所神経回路において、層を跨ぐ (translaminar) 情報連絡に重要な役割を果たす。
歴史
マルチノッチ細胞は19世紀末にイタリアの神経形態学者ゴルジ (Camillo Golgi) の弟子であるマルチノッチ (Carlo Martinotti) により発見された[1]。しかし、近年までマルチノッチ細胞の定義は統一されていなかった。2013年、42名の介在細胞の専門家が、新たな介在細胞の分類法を提唱している[2]。これによると、マルチノッチ細胞は数ある介在細胞種の中でシャンデリア細胞に次いで高い同意を得ることが出来る。
大脳皮質の第Ⅱ層－第Ⅵ層に細胞体を有する。
双極 (bipolar) ないし双房 (bitufted) の樹状突起を有する。
樹状突起分枝 (dendritic arbor) と軸索側枝 (axonal arbor) の中心点が離れている。
軸索を層を跨いで投射する。
軸索側枝を主に浅層に向けている。
軸索側枝を細胞体付近及び、浅層側に離れた位置の2 箇所おいて形成する。
各層のマルチノッチ細胞における投射
第Ⅱ/Ⅲ層のマルチノッチ細胞は主に第Ⅰ層に投射し、第Ⅱ/Ⅲ層への投射は少ない。第Ⅳ層のマルチノッチ細胞は主に第Ⅳ層に投射し第Ⅰ層への投射は少ない。第Ⅴ層及び第Ⅵ層のマルチノッチ細胞は主に第Ⅳ層及び第Ⅰ層に投射し、各細胞の細胞体が位置する層への投射は少ない[3]。深層になるほど、全介在神経数に対するマルチノッチ細胞数の比が高くなる。第Ⅱ/Ⅲにおいては、バスケット細胞が最も多いが、第Ⅵ層においては、マルチノッチ細胞が最も多い[4]。
分子発現
ソマトスタチン、血管作動性腸管ペプチド (vasoactive intestinal peptide) といったペプチドホルモンを発現する。ソマトスタチン細胞のみにGFPを発現させるGIN (GFP-expressing Inhibitory Neurons) トランスジェニックマウスのラインにおいて、マルチノッチ細胞はGFP陽性細胞の約80%を占める[5]。ソマトスタチンをマーカーとして利用することにより、マルチノッチ細胞の効率的な探索が可能となる。マルチノッチ細胞の中には、カルビンディン (calbindin)、カルレチニン (calretinin) といったカルシウム結合タンパク、神経ペプチドYやコレシストキニン (cholecystokinin) を共発現する細胞も存在する[3]。
電気生理学的特性
マルチノッチ細胞の多くは、細胞体に脱分極性電流を与えると、スパイク頻度順応 (spike frequency adaptation) を示す[3]。バースト発火しないregular spiking細胞（RS細胞）とバースト発火するburst spiking細胞（BS細胞）の両方がある[6]。第Ⅴ層に細胞体を有するマルチノッチ細胞は、発火活動の閾値が低く、シナプス入力が無くても周期的に発火する[7]。そのため、大脳皮質が自発的に生じるオシレーションのペースメーカー細胞の一つとなると考えられている。
局所神経回路における役割
第Ⅴ層のマルチノッチ細胞は、同じく第Ⅴ層錐体細胞から興奮性入力を受けて活性化し、近傍の錐体細胞の遠位樹状突起における活動を抑制する。この2つのシナプスを介した抑制様式を2シナプス性抑制 (disynaptic inhibition) と呼ぶ。錐体細胞の細胞体に連続発火を引き起こす樹状突起スパイクもdisynaptic inhibitionを介して抑制される[9]。この錐体細胞－マルティノッチ細胞間のフィードバック抑制の役割として、大脳皮質が異常興奮した際における皮質活動の正常化が考えられる[8]。また、生きたマウスの感覚野5層錐体細胞の遠位樹状突起から活動を記録した研究において、後肢への刺激強度（入力）と樹状突起活動（出力）との間に正比例の入出力関係が報告されている。この入出力関係はマルチノッチ細胞の活動により維持されている事が明らかになっている[9]。 一つのマルチノッチ細胞による抑制は弱いが、錐体細胞に複数のマルチノッチ細胞の入力が収束すると超加算される[8,10]。そのため、マルチノッチ細胞は同期して活動すると、局所神経回路に与える影響が著しくなる。錐体細胞のある集団が同期して活動し、多くのマルチノッチ細胞が活動すると、その活動が異なる集団を強力に抑制すると考えられる[11]。マルチノッチ細胞によるこのような回路抑制は、大脳皮質の興奮における、手に負えない興奮 (runaway excitation) を防ぐと考えられている。
関連項目
参考文献
1 Scarani, P., Neroni, S., Giangaspero, F., Orcioni, G. F. & Eusebi, V. [Carlo Martinotti: the real discoverer of Martinotti's cells]. Pathologica 88, 506-510 (1996).
2 DeFelipe, J. et al. New insights into the classification and nomenclature of cortical GABAergic interneurons. Nat Rev Neurosci 14, 202-216, doi:10.1038/nrn3444 (2013).
3 Wang, Y. et al. Anatomical, physiological and molecular properties of Martinotti cells in the somatosensory cortex of the juvenile rat. J Physiol 561, 65-90, doi:10.1113/jphysiol.2004.073353 (2004).
4 Markram, H. et al. Interneurons of the neocortical inhibitory system. Nat Rev Neurosci 5, 793-807, doi:10.1038/nrn1519 (2004).
5 Oliva, A. A., Jr., Jiang, M., Lam, T., Smith, K. L. & Swann, J. W. Novel hippocampal interneuronal subtypes identified using transgenic mice that express green fluorescent protein in GABAergic interneurons. J Neurosci 20, 3354-3368 (2000).
6 Kawaguchi, Y. & Kubota, Y. GABAergic cell subtypes and their synaptic connections in rat frontal cortex. Cereb Cortex 7, 476-486 (1997).
7 Le Bon-Jego, M. & Yuste, R. Persistently active, pacemaker-like neurons in neocortex. Front Neurosci 1, 123-129, doi:10.3389/neuro.01.1.1.009.2007 (2007).
8 Silberberg, G. & Markram, H. Disynaptic inhibition between neocortical pyramidal cells mediated by Martinotti cells. Neuron 53, 735-746, doi:10.1016/j.neuron.2007.02.012 (2007).
9 Murayama, M. et al. Dendritic encoding of sensory stimuli controlled by deep cortical interneurons. Nature 457, 1137-1141, doi:10.1038/nature07663 (2009).
10 Kapfer, C., Glickfeld, L. L., Atallah, B. V. & Scanziani, M. Supralinear increase of recurrent inhibition during sparse activity in the somatosensory cortex. Nat Neurosci 10, 743-753, doi:10.1038/nn1909 (2007).
11 Lee, C. K. & Huguenard, J. R. Martinotti cells: community organizers. Neuron 69, 1042-1045, doi:10.1016/j.neuron.2011.03.003 (2011).