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雑誌目次

雑誌文献

生体の科学48巻6号

1997年12月発行

雑誌目次

特集 軸索誘導

細胞外基質因子と軸索誘導

著者: 平英一 ,   三木直正

ページ範囲:P.524 - P.528

 神経組織の大きな役割は生体のコントローラーとして身体全体を制御していることである。そのために神経細胞は身体全体に神経線維(神経突起)を張り巡らせ,情報の入力,出力を行っている。また,これらの情報を的確に制御するために特に高等動物では,中枢神経系と呼ばれる巨大な神経塊を形成し,複雑な神経回路網を形成している。個々の神経細胞がシナプスを形成することにより複雑な神経回路網が形成されるが,このシナプス結合は発生初期に神経細胞同士,および神経細胞と標的器官もしくは感覚器官との的確な相互認識によって形成される。このためにはまず神経細胞は神経突起を標的細胞に対して伸展させなければならないが,この神経突起伸展,もしくは軸索誘導を引き起こす因子は大きく3種類に分けられている。これらは神経栄養因子(nerve growth factor;NGF)に代表される拡散性の液性因子,ラミニンに代表される細胞外基質因子,そして細胞接着因子である1,2)。本稿では,神経系における細胞外基質因子の役割を神経突起伸展という視点から述べてみたい。さらに,細胞接着因子と細胞外基質因子の関連も軸索誘導には非常に重要な働きをしていると考えられ,われわれのグループで見出した神経突起伸展因子(neurite outgrowth factor;NOF)とその受容体であるギセリンを中心に述べてみたい。

嗅細胞軸索誘導と接着分子

著者: 森憲作

ページ範囲:P.529 - P.533

 脳の研究者達は「神経系の機能を理解するには,ニューロンの組み合わせを決定し神経系を組み立てている基本原則を理解することが重要である」と長年にわたって繰り返し指摘してきた。軸索誘導では,特定のサブタイプに分化したニューロンの軸索が,特定のルートを通って特定の領域へと選択的に誘導され,特定の標的ニューロンまたは標的細胞を認識しシナプス形成に至る。従って,軸索誘導は「ニューロンの組み合わせ過程や神経系の組み立て過程」において中心的な役割を果たす。このことより,軸索誘導の研究は,その細胞レベルや分子レベルでのメカニズムの探索自体非常に興味深いが,さらに,これらの知識をもとにして,軸索誘導によって組みあげられた神経回路の機能ロジックを理解できるかもしれないという醍醐味をもっている。
 本稿では,嗅覚神経系の嗅細胞軸索(嗅神経線維)の嗅球への投射における軸索誘導の細胞・分子メカニズムの知識をまとめるとともに,この軸索投射パターンと嗅覚神経系の機能ロジックとの関連を述べる。嗅覚神経系は下記の理由により,軸索誘導の研究に非常に適したシステムである1-3)。まず第1に,嗅細胞は成体においても常時新生され,軸索誘導の実験が困難な胎仔だけでなく成体の動物においても観察できる4)

軸索誘導の制御因子としてのプロテオグリカン

著者: 前田信明 ,   野田昌晴

ページ範囲:P.534 - P.538

 プロテオグリカンは蛋白質(コア蛋白質)にコンドロイチン硫酸,ヘパラン硫酸,ケラタン硫酸などの硫酸化グリコサミノグリカンと呼ばれる多糖が結合した分子群の総称である。プロテオグリカンにはコア蛋白質部分あるいは糖鎖部分を介して,様々な細胞外基質分子,接着分子,成長因子が結合する。このような多様な結合能により,プロテオグリカンは増殖,移動,分化,接着などの細胞機能の様々な局面を調節していると考えられている。最近,脳内においても極めて多種のプロテオグリカンが存在することが明らかにされ,その内,いくつかのコア蛋白質のcDNAもクローニングされている。コア蛋白質部分は,単にグリコサミノグリカンのキャリアとして機能していると考えられる単純な構造を示すものから,機能ドメインが連結した複雑な構造を示すものまで様々なものが存在する。
 数年前までプロテオグリカンについて軸索伸長抑制説と促進説が共存し,議論が続いていたが,このような議論の背景には,プロテオグリカン群には共通の機能が存在するという考え方が存在したようである。しかしながら,脳由来の個々のプロテオグリカンの,中枢神経細胞に対する作用が詳細に解析されるようになった結果,プロテオグリカンの蛋白質および糖鎖部分の多様性に対応して,その神経細胞に対する作用もまた多様であることが明らかにされつつある。

軸索誘導と金属因子

著者: 原田均 ,   祐田泰延

ページ範囲:P.539 - P.541

 われわれを取り巻く環境中に存在する金属のうちいくつかは必須金属と呼ばれ,水・食物を介して体内に取り込まれ,種々の生体反応において制御因子として機能している(表1)。しかしながら,軸索の誘導に関係する必須金属の存在をはっきりと証明した例はこれまでになく,神経系全般にまで領域を広げてもいまだ十分な量の知見が集積されたとはいい難い。一方,重金属に代表される有害金属や容量を超えた必須金属の神経系への蓄積とその毒性に関しての研究は数多くみられ,軸索誘導に対する影響も少なからず検討されている。
 軸索誘導の分子機構が明らかになるにつれて,生体内では造り出しえない因子,例えば金属イオンによる制御機構の検討が今後必要になると思われる。本稿では,軸索誘導と金属因子の関連を調べるのによい手掛かりとなる報告例をいくつか紹介する。なお,ここに紹介する例は各種金属イオンの軸索誘導に対する影響をin vitroの系で観察したものがほとんどで,軸索誘導は神経様細胞からの神経栄養因子による神経様突起(neurite out-growth;NOG)の誘導能によって評価している。

軸索成長の制御に関与する情報伝達系

著者: 五十嵐道弘

ページ範囲:P.542 - P.554

 軸索成長は,軸索先端に形成される運動性に富んだ特殊構造である成長円錐(growth cone)によって担われる。すなわち,成長円錐が種々の軸索ガイダンス分子の信号を認識してその運動方向性を決定し,成長円錐の移動する方向に軸索伸長が生ずると考えられる。軸索経路誘導に関連する分子は多種類が知られており,netrin,collapsin/semaphorin,Eph receptor/ligandなど,guidance cueとしての信頼性が高いものも発見された。しかし,これらの分子が成長円錐の挙動を決定する際の,成長円錐の情報伝達系に関してはよく理解されていない。当然のことながら,ガイダンス分子の性質によって軸索成長のメカニズムは異なるし,神経細胞の種類によっても異なる。成長円錐の情報伝達系の生化学と軸索成長の現象とは正確には結び付いていないのが現状で,この限界の中で論じたいと思う。すでに著者は同様の総説1,2)を書いており,前回の総説以降の主だった知見を中心に成長円錐の情報伝達機構を概観してみる。神経回路形成の分子機構に関するショウジョウバエ,線虫での分子遺伝学的アプローチは,最近めざましい進歩が見られているが,細胞内情報伝達系の研究は高等動物で行われているので,本稿では主に高等動物の成長円錐における情報伝達系に限定して話を進める。

細胞骨格と軸索誘導

著者: 国本学

ページ範囲:P.555 - P.559

 細胞骨格(cytoskeleton)は,通常真核細胞の細胞質に縦横に張りめぐらされた微小管(チューブリンと微小管関連蛋白質microtubule associated proteins:MAPsからなる管状重合体),ミクロフィラメント(アクチン繊維),中間径フィラメント(神経細胞では主にニューロフィラメント)によって構成される網目状,束状あるいは糸まり状の構造体を総称したものであるが,広義には細胞膜の裏打ち構造体(membrane skeleton)も含まれる。細胞骨格は細胞の形態の維持ならびに細胞運動に必須の役割を果たしている。
 神経細胞の細胞骨格系には,その構造ならびに構成成分において他の細胞と異なった特徴的なものが多く存在し(表1),それらは神経細胞の極性の成立,維持のみならず,軸索輸送,シナプス伝達,軸索誘導,神経突起伸展など神経細胞の特異的機能発現に重要な役割を果たしている。そのうちここでは,本特集のテーマである軸索誘導に焦点を当てて,細胞骨格および細胞膜裏打ち構造体の果たす役割について紹介する。

軸索束による接触誘導

著者: 永田功 ,   小野勝彦 ,   木村-黒田純子 ,   中辻憲夫

ページ範囲:P.560 - P.564

 100年近く前,Harrisonによって行われたカエル胚神経組織の初代培養で,神経突起はガラスなどの足場となる固形物の表面に接触(コンタクト)して伸びるという報告に始まり,後にWeissにより,細胞が方向性のある基質に沿って配列するという接触誘導(コンタクトガイダンス)の概念が生まれた。これは中井らによる末梢神経ニューロンの成長円錐にあるフィロポディア(糸状仮足)の接触挙動の観察へと続いている1)。本特集で取り上げられているように,最近神経発生の分野では,拡散性分子による誘導と反発という概念が明らかになってきて注目を集めている。しかし,脳の基本単位は神経細胞同士が互いに接触することにより成り立っており,フィロポディアが直接接触することによって,相手方の細胞膜の表面にある分子群やその構造を認識する重要性は失われていない。本稿では,哺乳類発生期脳でのニューロブラストの移動過程において観察された,ニューロンと線維束(多数の無髄軸索が平行に並んだ立体的な束)間でのコンタクトガイダンスを中心に概説する。

神経交叉の形成機構

著者: 村上富士夫

ページ範囲:P.565 - P.569

 脳では様々な部位で神経が交叉を形成しており,立体視など体の左右の各部位からの情報の統合による知覚や,歩行をはじめとする各種の整合を保った運動の実現などに寄与している。すなわち交叉性神経回路は最も基本的な回路の一つであるとともに,最も基本的な脳機能の実現に重要な役割を果たしている。一方,神経交叉は発生の観点からも極めて興味深い。左右対称な脳にあって,いかなる機構によって成長円錐は反対側の標的へと向かうことができるのであろうか。脳には様々な部位に神経交叉が存在するが,最近その主要なものの軸索誘導の分子機構に関して多くの新たな知見が得られた。本稿ではこれらの最新の知見について概説する。

脊髄介在ニューロンの軸索誘導

著者: 志賀隆 ,   八木沼洋行

ページ範囲:P.570 - P.572

 脊髄介在ニューロンは,反対側へ投射する交連ニューロンと同側を結ぶ連合ニューロンに大別できる。軸索の走行が単純でステレオタイプであるため,軸索誘導のメカニズムを解明するのに適したモデル系であるといえる。特に,腹側正中の底板で交叉して反対側へ投射する交連ニューロン軸索の誘導メカニズムについて,古くはRamón y Cajalが底板による化学誘引説を唱えている1)。近年それを支持する軸索誘引因子が同定されるとともに,細胞接着分子の役割も急速に解明されてきた。本稿では交連ニューロンを中心にして脊髄介在ニューロンの軸索誘導について概説する。

ミエリン蛋白質と軸索誘導

著者: 松田義宏

ページ範囲:P.573 - P.576

 成熟動物に移植されたニューロンは,末梢神経系(PNS)の中では神経突起を伸ばし得るが,中枢神経系(CNS)環境内では突起伸展を示すことができないことが古くから知られている。同様のことはin vitroでも観察され,新生仔ラットからCNSニューロンを分離し,成熟ラットの坐骨神経または視神経と共培養を試みると,坐骨神経中へは数多くの軸索を活発に伸ばすのに対して,神経栄養因子としてNGFあるいはBDGFを加えた条件下でも,視神経側には軸索伸展が認められない1)。さらに,脳の凍結切片を基質とする培養系において,この阻害作用が白質部分で顕著であることが示された2,3)。これらの実験事実は軸索誘導に関する古典的な栄養因子仮説では説明づけることができず,成熟脳内に神経栄養因子の効果を上回る強い活性を持つ阻害因子が存在することが提唱された4)。本章では,CNSの軸索再生を妨げる働きの解析を通して明らかにされつつあるオリゴデンドロサイト特異的阻害因子を中心に,ミエリン成分による軸索誘導制御について概説する。

末梢神経の再生と軸索誘導

著者: 遠山稿二郎

ページ範囲:P.577 - P.582

 中枢神経においては極めて困難とされる軸索再生が,末梢神経においては容易に起こる。このことは,中枢神経には存在しない軸索誘導因子が末梢神経に存在するか,あるいは,末梢神経には存在しない軸索伸長を抑制・阻止する因子が中枢神経に存在することを示している。末梢神経の再生軸索にとって,中枢神経の環境と最も異なる点の一つは,一旦再生軸索が伸び出せば終着点である神経終末まで,管状の物理的な道筋(基底膜で囲まれたシュワン細胞索)で導かれていることであろう。
 本稿では,in vivoにおける末梢有髄神経の軸索再生の経過を形態的に解説し,これを基に,近年提唱されている軸索の伸長,接着に関与する分子のうち,特に注目すべき比較的新しい分子についても触れたい。

中枢神経の再生と軸索誘導―末梢神経移植により再生した網膜神経節細胞軸索の上丘投射様式

著者: 澤井元 ,   福田淳

ページ範囲:P.583 - P.587

 成熟哺乳動物の中枢神経細胞の軸索は再生能力に乏しく,一度損傷をうけた中枢神経線維はほとんど再生することなく起始細胞を含めて変性・消滅してしまうことは一般的によく知られている。しかし,軸索をとりまく微小環境を実験的に変化させることにより,損傷軸索を再生させることができる1)。例えば,網膜神経節細胞はその軸索(視神経)を眼球の直後で切断すると逆行性変性に陥り,切断6ヵ月後までに全神経節細胞の95%が死滅する2)。ところが,視神経の切断端に同一個体の末梢神経を移植吻合すると,逆行性変性が抑制されるだけでなく,数%の神経節細胞では軸索再生が認められ,その軸索は移植片内を3cmにわたって再伸展する3-5)。この移植片の中枢端を中脳の視覚中枢である上丘に外科的に接合させると,末梢神経移植片内を伸展した網膜軸索は上丘ニューロンとシナプス結合を再形成する3,6)。再形成された網膜―上丘間シナプス結合が機能しうることは,網膜で受けた光情報が上丘に伝達されること7,8),あるいは光刺激を手がかりとした行動発現が観察されること9-11)によって確認されている。
 網膜―上丘間結合は形態学的・生理学的・行動学的手法により評価できるため,従来から発達期の視神経の軸索誘導機構に関する研究に用いられてきたが,最近,可能となってきた視神経の再生軸索の誘導機構を調べる上でも恰好の研究モデルの一つとなる。

連載講座 個体の生と死・5

着床

著者: 舘澄江 ,   舘鄰

ページ範囲:P.588 - P.596

 着床(卵着床)(implantationまたはovum implantation)とは,胎盤形成の初期過程において,遺伝的に異なる胚子と母体の子宮組織が互いに緊密な関係を確立する過程であり,着床の様式は最終的に形成される胎盤の型により異なっている。胎盤の型は a)上皮漿膜性胎盤epitheliochorial placenta(例:ブタ,ウシ,ヒツジなど),b)結合組織漿膜性胎盤syndesmochorial placenta(例:ウマなど),c)内皮漿膜性胎盤endotheliochorial placenta(例:イヌなど),d)血(液)漿膜性胎盤haemochorial placenta(例:ヒト,ラット,マウスなど)の4種類に大別される(図1)。
 血漿膜性胎盤は他の胎盤に比べ胚子の栄養膜細胞による子宮内膜組織の浸潤(侵襲)の最も著しい型である。経時的な変化の著しい過程で,着床期を明確に限定して定義するのは極めて難しいが,胚盤胞の栄養膜細胞と子宮腔上皮細胞の接着開始から,栄養膜細胞による内膜組織の血管浸潤の開始までを「着床(期)」と定義するのが一般的である。着床の現象は遺伝的に異なる胚子組織と母体組織との間に確立される細胞間相互作用という観点から,古くから興味を持たれ多方面から研究がなされてきた。本課題ではヒトと同様,血漿膜性胎盤を形成するラットやマウスを中心に,胚盤胞形成と着床に関して,その概略を要約してみたい。

解説

赤血球膜の裏打ち構造を原子間力顕微鏡で見る

著者: 竹内実 ,   楠見明弘

ページ範囲:P.597 - P.601

I.膜骨格は細胞膜分子を組織化している
 細胞膜は単に細胞と外界との境界というだけではなく,両者の間の物質と情報の交換,エネルギー変換,細胞間の相互作用などを担う場として,実に多彩な細胞活動に関与している細胞小器官である。これらの機能の多くは特定のタンパク質が集合してできる細胞膜の様々な膜ドメインによって担われている。例えば,クラスリン被覆ピットや細胞間の接着を担うアドヒーレンス結合などが,膜ドメインの一例である。また,上皮細胞や神経細胞などに見られるように,多くの細胞膜は大域的にも高度に組織化されている必要がある。これらの組織された構造/機能を二重層膜に埋め込まれたタンパク質だけで担うことは不可能である。
 細胞膜の組織化を細胞はどのようにして達成しているのだろうか。われわれは,細胞はおもに細胞骨格を制御することによって,これを行っているという作業仮説をたてている1)。細胞は細胞骨格のネットワークと膜タンパク質の相互作用,および膜の流動性を利用して,細胞膜の形態維持と変化,細胞膜上での膜タンパク質の分布状態の制御などを行う,というわけだ。

話題

アジア太平洋松果体会議―メラトニン発見から40年

著者: 森田之大

ページ範囲:P.602 - P.603

 最近,松果体ホルモンのメラトニン(以下Mt)がよく話題になっている。社会的関心が高くなったのは,時差ぼけや高齢者の睡眠障害に有効な例が報告され,免疫力の強化,抗酸化作用,老化予防の可能性などが喧伝されたからである。しかし限られた実験データからの推論が多く,基礎的な研究はまだ十分とはいえない。松果体やメラトニンに対する関心は広い研究分野に及び,ヨーロッパ,アメリカ,カナダなどでは定期的に松果体関連の学会が開かれている。
 2年前,香港でメラトニンの国際シンポジウムが開かれた折,アジア太平洋松果体学会を設立するよう多くの参加者から要望が出た。わが国での松果体研究の実績,研究者や研究グループの数などが考慮され,第一回の会議を浜松で開催するよう強く要請されていた。昨年2月,米国で松果体細胞についてのゴードン・カンファレンスが開かれたが,そこでの討論を足がかりに計画がねられ,主として基礎的な,そして現在の大げさで非科学的なマスコミ報道の風潮に批判的な意見をもつ研究者が集まった。日本,アメリカ,カナダ,オーストラリア,中国,香港,台湾,インド,ドイツ,フランス,英国,オーストリア,イタリア,チェコから,外国人41名を含めて計103名が参加し,文部省国際シンポジウムとして1997年3月28~31日,浜松で開催された。

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生体の科学 第48巻 総目次

ページ範囲:P. - P.

基本情報

生体の科学

出版社:株式会社医学書院

電子版ISSN 1883-5503

印刷版ISSN 0370-9531

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