小脳プルキンエ細胞樹状突起発生過程におけるミトコンドリアのダイナミクスと機能

生物は細胞内外の環境の変化にも関わらず、細胞内のエネルギー状態を一定に保つためにミトコンドリアを中心とする好気呼吸のみならず、酸素を使わない嫌気呼吸などエネルギー供給の多重システムを発達させている。本研究では、中枢神経系神経細胞の中でも際立って複雑な樹状突起を持つ小脳プルキンエ細胞をモデルとし、特に樹状突起形成過程に着目し、樹状突起形成を支えるエネルギー代謝機構を明らかにすることを目的に研究を行った。前年度はミトコンドリアが樹状突起に配置されることが樹状突起形成に重要な役割を果たすことを明らかにした。本年度は、エネルギー供給システムであるクレアチンシャトルに着目し、樹状突起形成への影響を検証した。その結果、クレアチンシャトルの阻害により、樹状突起の矮小化がみられた。また、細胞質クレアチンキナーゼとして知られるCK-BとCK-Mの二種類のクレアチンキナーゼが樹状突起形成に重要な役割を果たすことが明らかになった。FRETプローブであるATeamを用いた解析から、クレアチンシャトルが定常状態での細胞内 ATP量の維持に重要な役割を果たしていることが示唆された。さらに、 突起先端部でのGFP-actin のFRAP解析により、クレアチンシャトルがアクチン代謝を制御することが明らかになった。以上の結果から、クレアチンシャトルが細胞内エネルギー量を維持し、アクチン代謝を制御することで樹状突起形成を制御することが明らかになった。これら一連の研究成果はThe Journal of Neuroscience 誌に発表した。

生物は細胞内外の環境の変化にも関わらず、細胞内のエネルギー状態を一定に保つためにミトコンドリアを中心とする好気呼吸のみならず、酸素を使わない嫌気呼吸などエネルギー供給の多重システムを発達させている。本研究では、中枢神経系神経細胞の中でも際立って複雑な樹状突起を持つ小脳プルキンエ細胞をモデルとし、特に樹状突起形成過程に着目し、樹状突起形成を支えるエネルギー代謝機構を明らかにすることを目的に研究を行った。前年度はミトコンドリアが樹状突起に配置されることが樹状突起形成に重要な役割を果たすことを明らかにした。本年度は、エネルギー供給システムであるクレアチンシャトルに着目し、樹状突起形成への影響を検証した。その結果、クレアチンシャトルの阻害により、樹状突起の矮小化がみられた。また、細胞質クレアチンキナーゼとして知られるCK-BとCK-Mの二種類のクレアチンキナーゼが樹状突起形成に重要な役割を果たすことが明らかになった。FRETプローブであるATeamを用いた解析から、クレアチンシャトルが定常状態での細胞内 ATP量の維持に重要な役割を果たしていることが示唆された。さらに、 突起先端部でのGFP-actin のFRAP解析により、クレアチンシャトルがアクチン代謝を制御することが明らかになった。以上の結果から、クレアチンシャトルが細胞内エネルギー量を維持し、アクチン代謝を制御することで樹状突起形成を制御することが明らかになった。これら一連の研究成果はThe Journal of Neuroscience 誌に発表した。