このプレスリリースは以下の機関の合同発表です。
自然科学研究機構 基礎生物学研究所
国立大学法人 東京工業大学
2010年 9月22日
神経細胞のネットワーク形成には、樹状突起での局所的なタンパク質合成が不可欠
岡崎統合バイオサイエンスセンター・基礎生物学研究所（神経細胞生物学研究室）の椎名伸之准教授、東京工業大学大学院生命理工学研究科の徳永万喜洋教授らの研究グループは、マウスの脳神経細胞を用いて、神経細胞の樹状突起での局所的なタンパク質合成が、正常な神経ネットワークの構築に必要であることを明らかにしました。
細胞の核の中のDNAに記録されている遺伝情報は、伝令RNAに写し取られ、その伝令RNAを鋳型にしてタンパク質合成が行われます。通常、タンパク質の合成は核の周辺の細胞質で行われるのが普通です。一方、神経細胞は「樹状突起」と呼ばれる長い突起がいくつも飛び出た特殊な形をしており、一部の遺伝情報については、核で写し取られた伝令RNAが核から遠く離れた突起内に輸送され、樹状突起内にて局所的にタンパク質合成が行われます。しかし、この樹状突起内での局所的なタンパク質合成の生理的な役割についての知見は限られていました。今回、椎名らは、「RNG105(アールエヌジー105)」と呼ばれる遺伝子に注目して研究を行い、樹状突起への伝令RNA輸送とそれに伴う局所的タンパク質合成が、正常な神経ネットワーク構築に必須であることを初めて示しました。
以上の成果は、米国神経科学会誌Journal of Neuroscience（ジャーナルオブニューロサイエンス）２０１０年９月２２日号にて発表されます。
[本研究の成果]
神経細胞は特殊な形をしています。一つの神経細胞には、数本〜十数本の樹状突起と呼ばれる長い突起があり、他の神経細胞と突起を介してネットワーク構造を作ります（図１）。樹状突起にはシナプスと呼ばれる部位があり、シナプスを介して神経の興奮が他の神経から伝えられます。タンパク質合成についても、神経細胞は普通の細胞ではあまり見られない特殊なシステムを持っています。通常、タンパク質の合成は、核の周辺の細胞質で行われます。一方、神経細胞では、数十種類の遺伝子の伝令RNAが、樹状突起へ特殊な方法で輸送され、核から遠く離れた樹状突起内にて局所的にタンパク質合成が行われることが知られています。そしてこの樹状突起内での局所的なタンパク質合成は、神経の興奮伝達が盛んに行われている部位でスイッチが入るように制御されており、シナプスの強化に関わっているのではないかと予想されてきました（図２）。しかし、その生理的な役割についての知見は限られていました。
椎名らは、輸送される伝令RNAに結合するタンパク質としてRNG105を発見し、解析を行ってきました。そして今回、RNG105が樹状突起への伝令RNAの輸送に必須な因子であることを明らかにしました。さらに、遺伝子操作によりRNG105遺伝子を破壊したマウスでは、樹状突起への伝令RNAの輸送が低下し、その結果として樹状突起のシナプスが減少、樹状突起は短縮し、本来樹状突起と軸索が繋がって密に発達するはずの神経ネットワークが、貧弱に退化してしまうことを示しました（図３）。これにより、樹状突起への伝令RNA輸送とそれに伴う局所的タンパク質合成が、シナプスの強化のみならず、正常な神経ネットワーク構築に必須であることが分かりました。
自閉症、統合失調症、アルツハイマー病、パーキンソン病など多くの精神神経疾患の脳では、様々な要因によって神経細胞のシナプス結合が減少し、他の神経細胞とのネットワークを失って神経変性を起こします。これらの神経変性に、神経細胞の樹状突起で局所的に合成されるいくつかのタンパク質が関与している可能性があります。本研究は、それらの疾患治療研究へ向けた新たな枠組みを提示することが期待されます。
図１：典型的な神経細胞像
一つの細胞体から約６本の樹状突起（矢印）が長く伸び、枝分かれしている
図２：神経樹状突起における局所的タンパク質合成の模式図
RNA粒子に乗って樹状突起へ輸送された伝令RNAを鋳型にして、興奮刺激に応じて局所的なタンパク質合成が起きる。新規に合成されたタンパク質の働きによってシナプスは強化され、そこが神経ネットワークの主要な繋ぎ目になると考えられている。
図３：RNG105遺伝子破壊マウスの神経ネットワークは貧弱に退化する
マウスの大脳神経細胞を培養皿上で培養したもの。白っぽい球状のものが細胞体の固まりで、そこから軸索と樹状突起が伸びてネットワークを形成している。RNG105遺伝子破壊マウスの神経細胞では樹状突起への伝令RNA輸送が低下し、この写真のように、神経ネットワークが正常に構築できなくなった。
[発表雑誌]
米国神経科学会誌 Journal of Neuroscience（ジャーナルオブニューロサイエンス）
２０１０年９月２２日号に掲載
論文タイトル：
"RNG105 deficiency impairs the dendritic localization of mRNAs for Na+/K+ ATPase subunit isoforms and leads to the degeneration of neuronal networks"
著者：Nobuyuki Shiina, Kazuhiko Yamaguchi, and Makio Tokunaga
[研究グループ]
本研究は、岡崎統合バイオサイエンスセンター・基礎生物学研究所 神経細胞生物学研究室の椎名伸之准教授、理化学研究所 脳科学総合研究センターの山口和彦博士、東京工業大学大学院生命理工学研究科 生命情報専攻の徳永万喜洋教授により行われました。
[研究サポート]
本研究は、文部科学省科学研究費補助金 特定領域研究「生命現象の１分子イメージング」「分子脳科学」のサポートを受け行われました。また、本研究は独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）の委託業務「細胞内ネットワークのダイナミズム解析技術開発」の成果を活用しています。
[本件に関するお問い合わせ先]
岡崎統合バイオサイエンスセンター・基礎生物学研究所
神経細胞生物学研究室
准教授 椎名 伸之（シイナ ノブユキ）
Tel: 0564-55-7620（研究室）
E-mail: nshiina@nibb.ac.jp
東京工業大学 大学院生命理工学研究科
生命情報専攻
教授 徳永 万喜洋（トクナガ マキオ）
Tel: 045-924-5711（研究室）
E-mail: mtoku@bio.titech.ac.jp
[報道担当]
基礎生物学研究所 広報国際連携室
倉田 智子
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東京工業大学 評価・広報課
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