Mechanisms of electric axon guidance: regulation of integrin activities by cell surface calcium

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昨年度(2021年度)は軸索の細胞膜近傍でカルシウムイオンが非対称的に分布することを明らかにした。即ち、電場内ではカルシウムイオン流が生じ、網膜神経節細胞の軸索表面において陽極側では陰極側より多くのカルシウムイオンが集積することを、カルシウム感受性蛍光色素を用いた画像解析から明らかにした。インテグリンの細胞外ドメインにおいてリガンド結合部位にカルシウムイオンが配位するとリガンドとの親和性が低下し抑制性に活性制御される。従って、電場内では網膜神経節細胞の軸索に発現するインテグリンの活性は陽極側で低下し、陰極側では上昇すると考えられた。インテグリンが活性化するとPI3K-Akt経路を介してGSK3が抑制されることを既に明らかにした(18K06857報告書)。GSK3が抑制されると微小管が安定化されるので、電場内において微小管は軸索の陰極側でより安定化されると予想された。当該年度(2022年度)は、微小管をラベルする蛍光色素(TubulinTracker Green)を用いて網膜神経節細胞の軸索内における微小管の分布を解析した。鶏胚から網膜を摘出し、網膜切片をMatrigel内で21時間培養して神経節細胞の軸索を伸長させた。次に電場内で3時間培養した後、蛍光染色した。その結果、軸索が陰極側へターンする部位において微小管は非対称的に分布することを明らかにした。即ち、微小管は陰極側に偏って分布した。これを定量化するために、asymmetry index (AI)を導入し、微小管の非対称分布を実証した。Nocodazoleで30分間処理した後も同様な結果を得た。これらの結果から、電場内で軸索がターンする場合、微小管は陰極側で安定化されることが明らかになった。軸索は安定化された微小管の方向へ伸長するので、電場内で軸索は陰極側へ伸長すると考えられた。