研究成果

研究成果

脳の細胞が作られる「順番付け」の仕組みを解明神経細胞が働きかけ 遺伝子のカギはずす

脳の細胞にはいくつかの種類があるが、どのようにして決まった順序でそれぞれの種類の細胞がつくられるのだろうか。バイオサイエンス研究科分子神経分化制御学講座の波平昌一助教と中島欽一教授は、生物学の大きな謎とされていた「順番付け」の仕組みを世界で初めて明らかにした。

脳の中には、電気信号を発して情報を伝達し、記憶や学習に最も重要な役割を果たす神経細胞(ニューロン)だけでなく、その働きを助けるアストロサイトと呼ばれる細胞も存在する。発達中の脳内では、この2種類の細胞は同じ神経幹細胞と呼ばれる細胞から生み出されるが、順番としてはまずニューロンが作られ、その後にアストロサイトが作られる。波平助教と中島教授は、この「順番付け」のメカニズムの解明に取り組んだ結果、先に作られたニューロンが残りの神経幹細胞に働きかけ、アストロサイトを生み出す能力を授けることがわかった(図1)。

神経幹細胞は、発生の初期から中期には、アストロサイトになるための情報が書き込まれている遺伝子に、「メチル化」(遺伝子・DNA分子にメチル基が結合し、構造が変化した状態)という鍵が掛かり、遺伝情報が読み取れないため、神経幹細胞はアストロサイトになることができない。波平助教らは、この鍵を外す細胞として神経幹細胞からアストロサイトより先に作られる細胞であるニューロンに着目した。その結果、このニューロンが残りの神経幹細胞のノッチ(Notch)と呼ばれるタンパク質を活性化し、NF-Iと呼ばれるタンパク質の発現に至ると、遺伝子についていた「メチル化」という鍵が外されることを突き止めた(図2)。

遺伝子の情報を制御する「メチル化」という鍵を外す仕組みについては、世界的にもその詳細についてはほとんど知られていない難問であった。本研究の成果は、その難問を解く1つの「鍵」としても興味深い。


図1: 胎生中期の神経幹細胞を緑色に標識した後に、単独で培養(A)、または胎生期ニューロンと共培養(B)し、アストロサイト産生を促す薬剤を添加した。ニューロンとの共培養により、緑色の神経幹細胞の早期のアストロサイト(赤)への分化が観察された。さらに、ノッチタンパク質の阻害剤を添加すると、アストロサイトが観察されなくなった(C)。


図2: 胎生中期神経幹細胞から産生されたニューロンは残りの神経幹細胞のノッチタンパク質を活性化する。これによりNF-Iの発現が誘導されアストロサイト特異的遺伝子の脱メチル化が生じる。この脱メチル化が生じた神経幹細胞はアストロサイト誘導性シグナルに応答してアストロサイトへと分化できる。最終的に神経幹細胞は、ニューロン、アストロサイト及びオリゴデンドロサイトへと分化する能力をもった成体型の神経幹細胞として成熟する。

掲載論文

Namihira M, Kohyama J, Semi K, Sanosaka T, Deneen B, Taga T, Nakashima K. Committed neuronal precursors confer astrocytic potential on residual neural precursor cells. Developmental Cell. vol 16, 245-255, 2009.

(2009年03月11日掲載)

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