Investigation of neuronal metabolism by developing a novel technique to isolate mitochondria

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ヒトの脳は体全体の2%程度の質量に過ぎないが、20%ものエネルギーを消費し、その多くがシナプス前終末における神経活動に用いられると考えられている。これまで長い間、このエネルギー、すなわちATP産生にミトコンドリアが重要だと考えられてきた。一方で、大脳皮質興奮性ニューロンのシナプス前終末のうち約50％はミトコンドリアを保持していない。さらに近年では、ミトコンドリア非依存的な解糖系によってATP量が維持される可能性が多数報告されている。したがって、シナプス前終末に局在するミトコンドリアが神経活動におけるATP供給にどの程度寄与しているのかは不明なままであった。そこで本研究では、軸索のミトコンドリア特異的な機能解析を行い、軸索における代謝制御メカニズムの解明を目指す。今年度は、軸索内のミトコンドリアが保持するミトコンドリアDNA (mtDNA) 量に着目し、蛍光顕微鏡観察と定量PCR法を用いて、単一ミトコンドリア内のmtDNA量解析を行った。まず、蛍光観察から、80%もの軸索内ミトコンドリアがmtDNA結合タンパク質を保持していないことが明らかになった。さらに、独自に開発した手法で初代培養神経細胞から軸索内のミトコンドリアを選択的に単離し、それぞれ定量PCRで解析したところ、多くの軸索内ミトコンドリアがmtDNAそのものを失っていた。これらの結果から、軸索内のミトコンドリアの大部分はATP産生能が非常に低い可能性が示唆された。今後、軸索内のミトコンドリアがATP産生の他にどのような機能を果たすのかについて明らかにする。