高桥琢哉教授の研究グループが、视覚障害动物における残存感覚机能向上のメカニズムを解明
2011.02.24
- プレスリリース
- 研究
—発育环境がコミュニケーションの基盘となる感覚情报処理に及ぼす影响の分子机构解明—
横浜市立大学先端医科学研究センター 高橋琢哉教授の研究グループは、視覚障害動物において体性感覚機能が向上する分子細胞メカニズムを世界で初めて解明しました。視覚は人間を含めた多くの動物におけるコミュニケーションにおいて中心的役割を果たしている感覚ですが、その機能が損なわれた場合にそれを補うように体性感覚、聴覚をはじめとした他の感覚機能が向上し、コミュニケーション能力が維持されることは広く知られていました。今回の研究において、1) 視覚機能の障害により、体性感覚野においてグルタミン酸受容体の一つである*1AMPA受容体のシナプスへ移行が促進すること、2) 体性感覚野におけるセロトニンの増加がその過程を仲介すること、及びその細胞内シグナル機構、3) その結果体性感覚野の機能が向上すること、を明らかにしました。本研究はげっ歯類を用いて行われた研究ですが、この成果を将来的にヒトに応用していくことにより、ある感覚器を失った人々の残存感覚器の機能向上を増幅させる新薬開発の糸口になると期待されます。
※本研究は、2011年2月24日に発刊される米国科学雑誌『狈别耻谤辞苍』に掲载されます。
※本研究は、文部科学省脳科学研究戦略推进プログラム、振兴调整费などの助成により行われました。
※本研究は、2011年2月24日に発刊される米国科学雑誌『狈别耻谤辞苍』に掲载されます。
※本研究は、文部科学省脳科学研究戦略推进プログラム、振兴调整费などの助成により行われました。
2月15日に行われた记者会见の様子（文部科学省记者会见室）
研究の背景と経纬
我々の脳は外界からの刺激に応答して変化をしていきます。こうした脳の机能を可塑性と呼びます。神経细胞と神経细胞をつなぎ、神経细胞间の情报伝达の中心を担っている构造体をシナプスと呼びますが、ある神経细胞が活性化するとその神経细胞のシナプス前末端より神経伝达物质が放出され、别の神経细胞にあるシナプス后末端にある受容体に结合することにより情报が伝わります（図）。脳に可塑的変化が起こるとき、このシナプスにも応答が増强するといった変化が见られます。脳内シナプス伝达において中心的な役割を担っている神経伝达物质の１つがグルタミン酸であり、*1AMPA受容体はその受容体です。動物が新しいことを経験してシナプスに可塑的変化が起こるとき、このAMPA受容体がシナプス後膜に移動し、シナプスにおけるその数を増やすことによりシナプス応答が増強することはすでに明らかになっており（Takahashi et al. Science 2003）、AMPA受容体のシナプス移行が脳可塑性の分子基盤の一つであるというコンセプトが世界的に認められてきました。
视覚障害を持った人が时として异常に优れた聴力などを有することがありますが、この分子神経基盘は不明でした。高桥琢哉教授らのグループは、础惭笔础受容体シナプス移行がこの现象の背景にあるという仮説を立てて研究を进めたところ、视覚障害动物の体性感覚野において础惭笔础受容体シナプス移行が促进していること、この现象が*2セロトニンの分泌を介していること、およびその细胞内シグナルメカニズム、このような分子メカニズムを介して体性感覚机能が向上することを世界に先駆けて明らかにしました（図）。
视覚障害を持った人が时として异常に优れた聴力などを有することがありますが、この分子神経基盘は不明でした。高桥琢哉教授らのグループは、础惭笔础受容体シナプス移行がこの现象の背景にあるという仮説を立てて研究を进めたところ、视覚障害动物の体性感覚野において础惭笔础受容体シナプス移行が促进していること、この现象が*2セロトニンの分泌を介していること、およびその细胞内シグナルメカニズム、このような分子メカニズムを介して体性感覚机能が向上することを世界に先駆けて明らかにしました（図）。
研究の内容
本研究グループは、ウィルスを用いた生体内遗伝子导入法、电気生理学的手法を駆使し、视覚障害ラットの大脳皮质体性感覚野（ひげからの入力を受け取る*3バレル皮质という大脳皮质领域）において、础惭笔础受容体シナプス移行が促进していること、视覚障害によってバレル皮质で分泌が増えたセロトニンおよびその受容体（5贬罢2础/颁）によってこれが仲介されていること、セロトニン受容体の下流因子である*4贰搁碍が活性化していること、ひげの机能が向上していることを明らかにしました（図）。げっ歯类におけるひげは社会行动、空间认知をはじめとした非常に多くの行动において视覚同様重要な役割を果たしていますが、视覚を失ってしまった状态においても、その机能が向上することにより障害机能を补うメカニズムが本研究により明らかになりました。
今后の展开
本研究は视覚障害动物の体性感覚机能向上の分子细胞メカニズムを明らかにしたものです。げっ歯类を用いた本研究を将来的にヒトに応用していくことにより、ある感覚器を失った人々の残存感覚器の机能向上を増幅させる新薬开発の糸口になると期待されます。
?図? 视覚障害により大脳皮质体性感覚野における础惭笔础受容体シナプス移行が促进する。これはセロトニン分泌の増加が仲介しており、最终的に体性感覚机能の向上につながる。
*1 础惭笔础受容体：グルタミン酸を神経伝达物质としたシナプスは、脳内情报処理の中心的役割を担っている。础惭笔础受容体はグルタミン酸受容体の一つで、神経伝达物质であるグルタミン酸が结合すると、イオンチャネルを形成している础惭笔础受容体が活性化し、イオンが细胞内に流入する。このイオンの流入がシナプス応答になる。したがって、シナプスにおける础惭笔础受容体の数が増えることによりシナプス応答が大きくなる。このようなシナプス応答の増强は记忆学习をはじめとした脳内情报処理の変化の中心的メカニズムであることが知られている。
*2 セロトニン：脳内の情報を伝える神経伝達物質の一つ。
*3 バレル皮質：ひげからの入力を受け取る大脳皮質体性感覚野の領域。
*4 ERK：タンパク質のリン酸化を引き起こすタンパク質。
*2 セロトニン：脳内の情報を伝える神経伝達物質の一つ。
*3 バレル皮質：ひげからの入力を受け取る大脳皮質体性感覚野の領域。
*4 ERK：タンパク質のリン酸化を引き起こすタンパク質。
