中枢神経系におけるRho情報伝達系の細胞骨格形態制御機構と神経再生への応用

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本年度の研究では、個体中枢神経系発生におけるRho標的分子ROCK, mDiaの軸索伸展調節機構の解析に向けて、まず初代培養神経顆粒細胞を用いて軸索形成・伸展過程におけるRho情報伝達系制御機構を詳細に解析した。これまでに2つの異なるRho標的分子ROCKとmDiaの協調により、軸索形成・伸展が制御されていること、さらに中枢神経発達を誘導するケモカイン、SDF-1αがRho活性の上昇を介して軸索伸展を引き起こすことを示してきた。しかし、詳細なメカニズムに関しては不明であった。低分子G蛋白Racは神経細胞において細胞移動、軸索形成・伸展などに正の制御を行っていることが示されている。そこでROCKとmDiaによる軸索形成・伸展の制御機構をRacとの関係に着目し解析した。軸索伸展過程におけるRac活性を検討した結果、SDF-1αがRho活性の上昇を介して軸索伸展を誘発する際にRac活性が上昇することを見出した。特にSDF-1αの高濃度刺激でRhoを活性化し、ROCK阻害剤Y-27632を用いることでRac活性は著しく増強した。これらの結果は、Rho/mDiaを介したRac活性化機構の存在、Rho/ROCKを介したRac抑制機構の存在を示唆した。さらにRho阻害剤C3菌体外酵素を用いた解析により、Rho抑制が軽度の場合には軸索伸展が強く促進されるが、Rho抑制が強度になると軸索伸展促進作用が抑制された。以上の結果よりRhoの下流にあるROCKとmDiaといった情報伝達の選択にRhoの活性化の度合いが重要であることが示された。これらの知見をまとめて論文として報告した(Arakawa et al., JCB, Volume 161,Number 2,381-391)。小脳形成では、脳軟膜下に外顆粒層を形成する神経顆粒細胞が皮質に平行な軸索伸展を行った後、内部に細胞移動し、小脳皮質平行線維および内顆粒層を形成する。この過程でSDF-1αは脳軟膜で発現し小脳皮質で濃度勾配を形成しており、小脳形成においてSDF-1α/RhoおよびROCK, mDiaの軸索伸展調節機構が強く作用していることが示唆される。今後はこれらのSDF-1α/RhoおよびROCK, mDiaの軸索伸展調節機構を個体レベルで解明する必要があり、得られる結果から神経再生への応用が期待できる。