24
回編集
「カドヘリン」の版間の差分
ナビゲーションに移動
検索に移動
細
編集の要約なし
Takeshikawauchi (トーク | 投稿記録) 細編集の要約なし |
Takeshikawauchi (トーク | 投稿記録) 細編集の要約なし |
||
| 13行目: | 13行目: | ||
==神経前駆細胞におけるカドヘリンの役割== | ==神経前駆細胞におけるカドヘリンの役割== | ||
脳を構成する神経細胞は、発生期において脳室近辺に存在する神経前駆細胞から産生される。神経前駆細胞はいくつかの種類に分類されるが、脳室に面した細胞層である脳室帯に存在する放射状グリア（グリアという名前が付いているが、その実体は神経前駆細胞である）は、神経細胞のみならず他の種類の神経前駆細胞も産生する、主要な神経前駆細胞である。 | 脳を構成する神経細胞は、発生期において脳室近辺に存在する神経前駆細胞から産生される。神経前駆細胞はいくつかの種類に分類されるが、脳室に面した細胞層である脳室帯に存在する放射状グリア（グリアという名前が付いているが、その実体は神経前駆細胞である）は、神経細胞のみならず他の種類の神経前駆細胞も産生する、主要な神経前駆細胞である。 | ||
発生期大脳皮質の脳室帯に存在する神経前駆細胞（放射状グリア）は、その頂端側（脳室側）にN-カドヘリンを強く発現しており、N-カドヘリン遺伝子破壊マウスでは、脳室帯の構造が崩壊する（Ref）（図２）。このマウスでは、神経前駆細胞から神経細胞への分化については大きな影響がないが、N-カドヘリンを個体レベルでノックダウン（RNA干渉法を用いた発現抑制）すると、神経分化が促進されることが報告されている（Ref）。 | |||
==神経細胞移動におけるカドヘリンの役割== | |||
脳室近辺で誕生した神経細胞は、脳室側から最終配置部位までの長い距離を移動することにより、脳の層構造や神経核が形成される。例えば、ほ乳類の大脳皮質は特徴的な６層構造を示すが、これは脳室帯もしくは脳室下帯で誕生した神経細胞が、複雑な形態変化を伴う多段階の移動を行うことによって構築される（図２）（Ref）。 | |||
神経細胞移動は、神経成熟を伴う多段階の移動であることが知られているが、移動過程の大部分は、神経前駆細胞由来の長い突起（放射状突起）に沿って移動する「ロコモーション様式」である（図２）。ロコモーション様式で移動する神経細胞は、N-カドヘリン依存的に放射状突起に接着する。さらに、一部のN-カドヘリンがRabファミリー低分子量Gタンパク質依存的に神経細胞内に取り込まれ、再び細胞膜へとリサイクルされることにより、ちょうどN-カドヘリンという「足」を引っ込めて、前へと踏み出すようにして、神経細胞は放射状突起の上を「歩いて」いると考えられている（Ref）（図２）。ロコモーション様式以外の移動様式においても、N-カドヘリンが関与しているという報告があるが（Ref）、そのメカニズムについては今後の課題である。 | |||
大脳皮質以外の領域においても、菱脳唇（rhombic lip）由来の小脳顆粒細胞の移動にはN-カドヘリンが必要であること、下菱脳唇（lower rhombic lip）から外側網様体核（lateral reticular nucleus: LRN）および副楔状束核（external cuneate nucleus: ECN）へ向かう神経細胞は、N-カドヘリンとカドヘリン11依存的に移動することが示されている（Ref）。 | |||
==神経突起伸長におけるカドヘリンの役割== | |||
神経細胞は、最終配置部位への移動中もしくは移動終了後に軸索や樹状突起を伸長し、神経回路網を形成する。軸索が正しく伸長するためには、N-カドヘリンが必要であることが、ゼブラフィッシュの網膜などで示されている（Ref）。また、ラットの海馬由来の初代培養神経細胞を用いた実験系により、N-カドヘリン依存性の細胞接着を支点としてアクチン細胞骨格が動く（actin flow）ことにより、突起が伸長するというモデルが提唱されている（Ref）（図２）。 | |||
N-カドヘリンと同じくタイプIクラッシックカドヘリンに属するR-カドヘリン（CDH4）や、非クラッシックカドヘリンのひとつOL-プロトカドヘリン（プロトカドヘリン10）などが軸索の伸長に関与することが知られている（Ref）。OL-プロトカドヘリンは線条体の神経細胞の軸索に発現し、その伸長を制御する。この線条体から伸びる軸索は、大脳皮質から視床や脊髄へ投射する軸索や、反対に視床から大脳皮質へと投射する軸索が正常に伸長するために必要であり、OL-プロトカドヘリンの遺伝子破壊マウスでは、これらすべての軸索伸長が異常となる（Ref）。 | |||
情報の受け手側となる樹状突起の形態形成においても、カドヘリンが関与する。同一細胞から伸びる樹状突起は、互いに反発し合うことにより、重なることなく突起を広げることが知られているが（これをself-avoidanceと呼ぶ）、プロトカドヘリンγの遺伝子クラスター（マウスでは22個の遺伝子が含まれる）を欠失させると、小脳のプルキンエ細胞などにおいて、self-avoidanceが異常となり、本来は互いに反発して広がるはず樹状突起が接着して重なり合ってしまう（Ref）。 | |||
視床は、脳の様々な領域からの入力を受け、その情報を大脳皮質へと伝える領域である。例えば、視床は、網膜神経節細胞（Retinal ganglion cell: RGC）からの入力を受けている。このRGCの軸索と投射先の神経細胞は、どちらもカドヘリン６を発現しており、カドヘリン６の遺伝子破壊マウスでは、RGCから視床への投射が異常となる（Ref）。このように、神経細胞が特定の脳領域へと投射するための分子基盤は、少なくとも一部はカドヘリンのホモフィリックな接着で説明ができる。このように、神経細胞の投射先の選別がカドヘリンの種類によって決められているという仮説を、カドヘリン・コード（もしくはカドヘリン接着コード）仮説と呼ぶ。 | |||
視床へ集まった情報は大脳皮質へと伝えられるが、視床からの入力は、大脳皮質の４層で受け取られる。視床から大脳皮質４層へと投射する軸索（Thalamocortical axon）は、N-カドヘリンの機能を阻害すると、４層で止まることができなくなり、さらに表層まで伸長し続ける（Ref）。すなわち、N-カドヘリンは軸索が正しい領域に投射するためにも必要である。 | |||
==シナプス形成と高次機能におけるカドヘリンの役割== | |||
神経細胞の興奮は、軸索末端からシナプスを介して次の細胞の樹状突起へと伝達される。情報が出力される側（軸索側）の細胞をシナプス前細胞、入力側（樹状突起側）をシナプス後細胞と呼ぶ。シナプスは、樹状突起上に形成された短い膜突出（フィロポディア）が成熟してマッシュルーム型となり（これをスパインと呼ぶ）、このスパインに軸索が投射することにより形成される。シナプス前細胞においてシナプス小胞が放出される領域はアクティブ・ゾーンと呼ばれ、シナプス後細胞において神経伝達物質の受容体やその裏打ちタンパク質が濃縮する部位をシナプス後肥厚（post-synaptic density）と呼ぶが、カドヘリンはこれらの構造にも観察されるが、その辺縁部に強く局在する（Ref）。カドヘリンの活性は、スパインの形成や神経活動依存的なスパインの肥大化に必要であることが示されている（図２）（Ref）。 | |||
海馬CA3領域の神経細胞（CA3錐体細胞）は、その樹状突起の近位部にて、歯状回の顆粒細胞の軸索（苔状線維）からの入力を受ける。CA3錐体細胞の樹状突起近位部には、N-カドヘリンが局在する。このN-カドヘリンの局在は、ネクチンという免疫グロブリンスーパーファミリーに属する細胞-細胞間接着分子によって決められている（Ref）。（ネクチンがカドヘリンを細胞接着部位にリクルートすることは、上皮細胞のアドへレンス・ジャンクションなどでも観察されていることから、組織を問わず一般的な現象であると考えられる。） | |||
ネクチンは、ホモフィリックだけではなく、ヘテロフィリックな結合活性ももち、ネクチン-1とネクチン-3は、それぞれのホモフィリックな接着（ネクチン-1同士もしくはネクチン-3同士）よりも、ヘテロフィリックな接着（ネクチン-1とネクチン-3）の方が強いことが知られている（Ref）。ネクチン-1は海馬の歯状回顆粒細胞から伸びる苔状線維に発現し、ネクチン-3はCA3錐体細胞の樹状突起近位部に局在し、ネクチン-1もしくはネクチン-3の遺伝子破壊マウスの海馬では、これらの神経細胞の間に形成されるシナプスの数が減少する（Ref）。また、歯状回の顆粒細胞から伸長する苔状線維が正しく投射するためにはカドヘリン８が必要であり、苔状線維とCA3錐体細胞の樹状突起の間のシナプスが形成されるためには、カドヘリン９が必要であることも報告されている（Ref）。 | |||
このように、カドヘリンは、神経細胞移動や神経突起伸長のみならず、シナプス形成においても重要な役割を果たすことから、神経活動や脳の高次機能にも何らかの役割を果たしていることが予想される。実際、N-カドヘリンはAMPA型グルタミン酸受容体（グルタミン酸は興奮性神経細胞の主要な神経伝達物質）の輸送や、海馬CA3錐体細胞由来のシャッファー側枝からの入力を受けるCA1錐体細胞のシナプスにおける長期増強に関与する（Ref）。さらに、海馬におけるN-カドヘリンの機能阻害は、文脈依存的な恐怖記憶の形成が低下する（Ref）。また、カドヘリン-11の遺伝子破壊マウスは、恐怖や不安に関する行動が異常となることが知られている（Ref）。 | |||
これらの研究成果より、カドヘリンスーパーファミリーは、多種類の神経細胞が複雑な神経回路網を構築し、シナプスを介した神経伝達を通して高次機能を発揮する過程において、多様かつ重要な役割を果たしていると考えられる。 | |||