生育環境によって神経回路が維持される仕組みの解明へ

東京女子医科大学は8月19日、代謝型グルタミン酸受容体１型（mGluR1）が成熟した神経回路の維持に必須であることを証明したと発表した。この研究は、同大学医学部生理学（第一）講座の鳴島（行本）円准講師、宮田麻理子教授・講座主任、東京大学大学院医学系研究科機能生物学専攻生理学講座神経生理学分野の狩野方伸教授らの研究グループによるもの。研究成果は、「Neuron」オンライン版に8月18日付けで掲載された。

画像はリリースより

近年の研究で、一度成熟した神経回路がその後も正しく維持されるためには、生育環境からの持続的な経験が必要であることが少しずつ明らかになってきた。たとえば、視覚をつかさどる神経回路がいったん成熟した後、視覚情報を遮断すると、成熟した回路を維持することができなくなり、完成した神経回路が退縮し、余分な神経回路が作られて正確さが失われ、まるで子供の未熟な神経回路のように変化することが知られている。

このような退行現象は、発達障害疾患の一種であるレット症候群のモデルマウスで報告されており、レット症候群に特徴的な病態である、発達の初期に正常に獲得された脳の機能が成長してから失われていくこととよく合致している。また、自閉症においては、シナプスが安定的に維持されないことが報告されており、正常な回路の維持はこれらの疾患にも深く関連があることが示唆されていた。しかし、これらがどのような仕組みで生育環境によって神経回路が維持されているのかはわかっていなかった。

mGluR1遺伝子ノックダウンで破たん

研究グループは、mGluR1に着目。mGluR1は神経伝達物質のひとつであるグルタミン酸により活性化される分子で、細胞の外からの情報を細胞の内部に伝える役割を持ち、大人の視覚視床で特に多く発現している。そこで、視覚視床の神経細胞から電気的な活動を記録するパッチクランプ法と、電子顕微鏡を用いた神経回路の微小な構造の観察によって、神経回路の性質を詳しく解析した。

ウィルスの細胞への感染力を利用して、視覚視床で神経回路の成熟後にmGluR1を失くす操作（RNA干渉法によるmGluR1遺伝子のノックダウン）を行うと、暗闇で飼育したときと同様に、完成した正常な神経回路を維持する仕組みが破たんしていた。正常な神経回路は退縮し、余計な神経回路が異常に形成され、開眼前の子供のころのように退行した。逆に、暗闇での飼育中に薬剤によりmGluR1を活性化させると、視覚情報の遮断によって起こる異常な神経回路の形成を防ぎ、正常な神経回路を維持することに成功した。

このようにmGluR1を失くしたときに正常な神経回路を維持する仕組みが破たんするだけでなく、たとえ生育環境を変化させても、mGluR1を活性化することにより、神経回路の退行現象を防ぐことができるとわかったとしている。今回の成果が、自閉症の脳機能障害の病態理解や治療法の開発につながることが期待されると、研究グループは述べている。（遠藤るりこ）