広報活動

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2017年6月13日

理化学研究所

小脳回路を正しく維持する仕組みを解明

-精神・神経疾患の原因解明と治療法開発に期待-

私たちの脳では、数千億個の神経細胞が「シナプス」を介して互いに結合し、神経回路を形成しています。神経細胞の末端にある神経軸索終末はシナプス前部と呼ばれ、グルタミン酸などの神経伝達物質を放出します。その神経伝達物質を受け取るシナプス後部は「スパイン」です。スパインは樹状突起上に無数に存在する小さな突起で、受容体やシグナル伝達物質が多く存在しています。

近年、自閉症や精神発達障害、統合失調症などの精神・神経疾患では、スパインの形や数に異常が生じていることが報告されており、その病態とスパインとの関連が注目されています。スパインは成熟後の神経細胞では比較的安定に存在し、機能的な神経回路を維持していますが、スパインの形や数がどのようにして制御されるのか、そのメカニズムについては多くの謎が残されています。

今回、理研の研究チームは、スパインの形はアクチン細胞骨格と呼ばれる繊維状の構造によって制御されているため、アクチンに結合する「カルシウム/カルモジュリン依存性タンパク質キナーゼβサブユニット(CaMKIIβ)」というタンパク質に注目しました。詳しく解析した結果、①CaMKIIβが小脳プルキンエ細胞におけるスパインの形成と伸長を促すこと、②①の効果は、タンパク質リン酸化酵素のプロテインキナーゼC(PKC)によるCaMKIIβの「リン酸化」により制御されていること、③②のリン酸化が障害されると、成熟したプルキンエ細胞に過剰なスパインの形成と伸長が生じることが分かりました。以上から、神経活動依存的なPKCによるCaMKIIβのリン酸化は、プルキンエ細胞のスパインが過剰に発達するのを抑制しており、この機構が運動の学習・記憶を担う小脳の神経回路を正常に維持するのに重要な役割を果たすことが明らかになりました(図参照)。

本研究の成果は今後、精神・神経疾患の原因解明や治療法の確立につながると期待できます。

小脳の神経回路を正常に維持する分子機構モデルの図

図 小脳の神経回路を正常に維持する分子機構モデル

理化学研究所
脳科学総合研究センター 発生神経生物研究チーム
チームリーダー 御子柴 克彦 (みこしば かつひこ)
研究員 菅原 健之 (すがわら たけゆき)
研究員 久恒 智博 (ひさつね ちひろ)