ログイン
ランキング
お知らせ
ログイン
文献詳細
増大特集 情報伝達処理におけるグリアの機能と異常
文献概要
はじめに―ニューロン至上主義脳研究への疑問
1980年代以降の脳研究は，指数関数的な進歩を遂げている。分子生物学の目覚ましい進歩とそれに伴う遺伝子操作に関わる技術の発展など，脳機能に関わる現象の分子レベルの実態を明らかにすることができるようになった。その結果，神経伝達物質受容体，イオンチャンネル，イオントランスポーターなどの機能分子が同定され，それらをベースとして視覚，聴覚，嗅覚，味覚などの感覚や運動制御のメカニズム，さらにはシナプス可塑性を基礎とした記憶の素過程の解明などが着々と進められている。その確かな成果を基礎として，脳機能の本質はニューロンの活動にあり，その機能はニューロン同士がシナプスを介して構成するネットワークの上に発現する，という考え方が組み上げられてきた。したがって，さらにニューロンとシナプスに関する生理学的機能とその基盤となる分子群のデータを積み上げていけば，やがては脳機能の完全解明に行き着くはずであると多くの脳研究者は考えてきた。しかし，本当にこの戦略で脳機能の本質的解明が可能だろうか。最近，筆者を含む多くの研究者が疑問を感じるようになってきた。脳を構成する細胞の中で，ニューロンよりはるかに数的に優位なグリア細胞にも，ニューロン活動に反応し，さらにニューロン活動に影響を与える能力があることが明らかにされてきたためである。
グリア細胞が単にニューロンの外部環境の維持や，補修などの裏方的役割のみではなく，情報の伝達や処理にも積極的に関わることが確かであるならば，これまでの脳機能の理論には大幅な改訂が迫られる。しかし，本当にグリア細胞にそんな能力があるのだろうか。グリア細胞はニューロンのように信号伝導装置としての軸索を持っておらず，また活動電位を発生することもない。これまでに認識されてきたグリア細胞の形態と機能から考えれば，グリア細胞が情報伝達や処理に関わる可能性はほとんどないように思われるのは当然かもしれない。しかし，これまでに蓄積されているグリア細胞に関する情報にはいくつもの大きな誤解があり，それらが，グリア細胞を不活発であり，積極的には情報伝達や処理には関与しない細胞と考える原因になっている。グリア細胞研究の新しい展開の1つは，この形態の誤解を解くことであったと筆者は考えている。
1980年代以降の脳研究は，指数関数的な進歩を遂げている。分子生物学の目覚ましい進歩とそれに伴う遺伝子操作に関わる技術の発展など，脳機能に関わる現象の分子レベルの実態を明らかにすることができるようになった。その結果，神経伝達物質受容体，イオンチャンネル，イオントランスポーターなどの機能分子が同定され，それらをベースとして視覚，聴覚，嗅覚，味覚などの感覚や運動制御のメカニズム，さらにはシナプス可塑性を基礎とした記憶の素過程の解明などが着々と進められている。その確かな成果を基礎として，脳機能の本質はニューロンの活動にあり，その機能はニューロン同士がシナプスを介して構成するネットワークの上に発現する，という考え方が組み上げられてきた。したがって，さらにニューロンとシナプスに関する生理学的機能とその基盤となる分子群のデータを積み上げていけば，やがては脳機能の完全解明に行き着くはずであると多くの脳研究者は考えてきた。しかし，本当にこの戦略で脳機能の本質的解明が可能だろうか。最近，筆者を含む多くの研究者が疑問を感じるようになってきた。脳を構成する細胞の中で，ニューロンよりはるかに数的に優位なグリア細胞にも，ニューロン活動に反応し，さらにニューロン活動に影響を与える能力があることが明らかにされてきたためである。
グリア細胞が単にニューロンの外部環境の維持や，補修などの裏方的役割のみではなく，情報の伝達や処理にも積極的に関わることが確かであるならば，これまでの脳機能の理論には大幅な改訂が迫られる。しかし，本当にグリア細胞にそんな能力があるのだろうか。グリア細胞はニューロンのように信号伝導装置としての軸索を持っておらず，また活動電位を発生することもない。これまでに認識されてきたグリア細胞の形態と機能から考えれば，グリア細胞が情報伝達や処理に関わる可能性はほとんどないように思われるのは当然かもしれない。しかし，これまでに蓄積されているグリア細胞に関する情報にはいくつもの大きな誤解があり，それらが，グリア細胞を不活発であり，積極的には情報伝達や処理には関与しない細胞と考える原因になっている。グリア細胞研究の新しい展開の1つは，この形態の誤解を解くことであったと筆者は考えている。
参考文献
1) Kettenmann H, Ransom BR: The concept of neuroglia: a historical perspective. In: Neuroglia 2nd ed. Kettenmann H, Ransom BR (eds) Oxford University Press, 2005, pp 1-16
2) Bushong EA, Martone ME, Jpones YZ, Ellisman MH: Protoplasmic astrocytes in CA1 stratum radiatum occupy separate anatomical domains J Neurosci 22: 183-192, 2002
3) Hama K, Arii T, Katayama E, Marton M, Ellisman MH: Tri-dimenrsional morphometric analysis of astrocytic processes with high voltage electron microscopy of thick Golgi preparations. J Neurocytol 33: 277-285, 2004
4) Nedergaard M, Ransom B, Goldman SA: New roles for astrocytes: Redefining the functional architecture of the brain. TINS 26: 523-530, 2003
5) Kuffle SW, Nicholls JG: The physiology of neuroglial cells Ergeb. Physiol 57: 1-90, 1966
6) Ogura A, Ozaki K, Kudo Y, Amano T: Cytosolic calcium elevation and cGMP production induced by serotonin in a clonal cell of glial origin. J Neurosci 6: 2489-2494, 1986
7) De Barry J, Ogura A, Kudo Y: Ca2＋ mobilization in cultured rat cerebellar cells: astrocytes are activated by t-ACPD. Eur J Neurosci 3: 1146-1154, 1991
8) Cornell-Bell AH, Finkbeiner SM, Cooper MS, Smith SJ: Glutamate induces calcium waves in cultured astrocytes: long-range glial signaling. Science 247: 470-473, 1990
9) Haydon PG: GLIA: listening and talking to the synapse. Nat Rev Neuro Sci 2: 185-193, 2001
10) Koizumi S, Fujishita K, Tsuda M, Shigemoto-Mogami Y, Inoue K: Dynamic inhibition of excitatory synaptic transmission by astrocyte-derived ATP in hippocampal cultures. Proc Natl Acad Sci U S A 100: 11023-11028, 2003
11) Newman EA: New roles of astrocytes: regulation of synaptic transmission. TINS 26: 536-542, 2003
12) Araque A, Parpura V, Sanzgiri RP, Haydon PG: Tripartite synapses: glia, the unacknowledged partner. TINS 22: 208-215, 1999
13) Halassa MH, Fellin T, Haydon PG: The tripartite synapse: roles for gliotransmission in health and disease. Tr Mol Med 13: 54-63, 2007
14) Stout CE, Constantin JL, Naus CC, Charles AC: Intercellular calcium signaling in astrocytes via ATP release through connexin hemichannels. J Biol Chem 277: 10482-10488, 2002
15) Mongin AA, Kimelberg HK: ATP potently modulates anion channels-mediated excitatory amino acid release from cultured astrocytes. Am J Physiol Cell Physiol 283: C567-578, 2002
16) Duan S, Anderson CM, Keung EC, Chen Y, Swanson RA: P2X7 receptor-mediated release of excitatory amino acids from astrocytes. J Neurosci 23: 1320-1328, 2003
17) Abdullaev IF, Rudkouskaya A, Schools GP, Kimelberg HK, Mongin AA: Pharmacological comparison of swelling-activated excitatory amino acid release and Cl- currents in cultured rat astrocytes. J Physiol 572: 677-689, 2006
18) Kojima S, Nakamura T, Nidaira T, Nakamura K, Ooashi N, et al: Optical detection of synaptically induced glutamate transport in hippocampal slices. J Neurosci 19: 2580-2588, 1999
19) Tanaka K, Watase K, Manabe T, Yamada K, Watanabe M, et al: Epilepsy and exacerbation of brain injury in mice lacking the glutamate transporter GLT-1. Science 276: 1699-1702, 1997
20) Takano T, Tian GF, Peng W, Lou N, Nedergaard M, et al: Astrocyte-mediated control of cerebral blood flow. Nat Neurosci 9: 260-267, 2006
21) Badaut J, Lasbennes F, Magistretti PJ, Regli L: Aquaporins in brain: distribution and physiology and pathlogy J. Cereb Blood Flow Metab 22: 367-378, 2002
22) Yamazaki Y, Hozumi Y, Kaneko K, Li J, Fujii S, et al: Direct evidence for mutual interactions between perineuronal astrocytes and interneurons in the CA1 region of the rat hippocampus. Neuroscience 134: 791-802, 2005
23) Yang Y, Ge W, Chen Y, Zhang Z, Shen W, et al: Contribution of astrocytes to hippocampal long-term potentiation through release of D-serine. Proc Natl Acad Sci U S A 100: 15194-15199, 2003
24) Senitz D, Reichenbach A, Smith TG Jr: Surface complexity of human neocortical astrocytic cells: changes with development, aging, and dementia. J Brain Res 36: 531-537, 1995
25) Rothstein JD, Van Kammen M, Levey AI, Martin LJ, Kuncl RW: Selective loss of glial glutamate transporter GLT-1 in amyotrophic lateral sclerosis. Ann Neurol 38: 73-84, 1995
26) Hashimoto K, Engberg G, Shimizu E, Nordin C, Lindstrom LH, et al: Reduced D-serine to total serine ratio in the cerebrospinal fluid of drug naive schizophrenic patients. Prog Neuropharmacol Biol Psychiatry 29: 767-769, 2005
27) Tsai G, Coyle JT: Glutamatergic mechanisms in schizophrenia. Annu Rev Pharmacol Toxicol 42: 165-179, 2002
28) Tuominen HJ, Tiihonen J, Wahlbeck K: Glutamatergic drugs for schizophrenia: a systematic review and meta-analysis. Schizophr Res 72: 225-234, 2005
29) Enokido Y, Suzuki E, Iwasawa K, Namekata K, Okazawa H, et al: Cystathionine beta-synthase, a key enzyme for homocysteine metabolism, is preferentially expressed in the radial glia／astrocyte lineage of developing mouse CNS. FASEB 19: 1854-1856, 2005
30) Hirasawa T, Ohsawa K, Imai Y, Ondo Y, Kohsaka S, et al: Visualization of microglia in living tissues using Iba1-EGFP transgenic mice. J Neurosci Res 81: 357-362, 2005
31) Coull JA, Beggs S, Boudreau D, Boivin D, Tsuda M, et al: BDNF from microglia causes the shift in neuronal anion gradient underlying neuropathic pain. Nature 438: 1017-1021, 2005
32) Rajkowska G, Miguel-Hidalgo JJ, Wei J, Dilley G, Pittman SD, et al: Morphometric evidence for neuronal and glial prefrontal cell pathology in major depression. Biol Psychiatry 45: 1085-1098, 1999
掲載誌情報
