グリア細胞注３）の１種であるアストロサイトは、ニューロン（神経細胞）の働きを助ける細胞として知られていますが、それだけにとどまらない多彩な機能を持つことが近年明らかにされ、重要性が注目されています。アストロサイトは脳に存在する細胞の中で最も数が多いにもかかわらず、どのように生み出されるのかという発生のメカニズムについては、これまでほとんど知られていませんでした。
研究チームは今回、脳の発生における重要な働きが知られている転写調節因子Pax6が、アストロサイトに発現していることをマウスの研究で発見しました。また、Pax6 遺伝子の機能が失われた変異型マウスでは、アストロサイト前駆細胞の増殖や分化に異常をきたし、アストロサイトの形成が未熟になりやすいことを見いだしました。さらに、Pax6変異型マウス由来のアストロサイトは神経
本研究成果は、平成２０年４月３０日発行（米国東部時間）の北米神経科学会誌「The Journal of Neuroscience」の表紙を飾り、掲載されます。
| 戦略的創造研究推進事業 チーム型研究（ＣＲＥＳＴ） | ||
| 研究領域 | ： | 「脳の機能発達と学習メカニズムの解明」 （研究総括：津本 忠治 （独）理化学研究所脳科学総合センター ユニットリーダー） |
| 研究課題名 | ： | ニューロン新生の分子基盤と精神機能への影響の解明 |
| 研究代表者 | ： | 大隅 典子 |
| 研究期間 | ： | 平成１６年１０月～平成２１年３月 |
＜研究の背景と経緯＞
脳は大きく分けてニューロン（神経細胞）とグリア細胞から構成されます。グリア細胞はニューロンの１０倍程度の数存在すると言われ、いくつかの種類がありますが、そのうちアストロサイト（図１）は最も数が多いとされています。神経線維を支えたり、血液から栄養分をニューロンに供給するなどの役割を担うことは以前から知られており、長い間、単なるニューロンの支持細胞にすぎないと考えられてきました。
しかし近年、アストロサイトが多くの機能をもつことが解明され、神経活動における重要性が明らかとなってきました。例えば、アストロサイトはニューロンから放出された神経伝達物質の回収や、シナプス形成制御、脳内毛細血管の血流の調節などに関わることが分かってきました。さらに、さまざまな脳の細胞に分化しうる神経幹細胞と、アストロサイトには共通の性質があることがここ数年で明らかになってきました。ある種のアストロサイトは多能性のある神経幹細胞として振る舞い、ニューロンを生み出します。このように、アストロサイトの多様な機能や性質が次第に明らかにされてきましたが、神経幹細胞からアストロサイトへの発生機構に関する分子的知見はほとんど得られていませんでした。
研究チームは今回、アストロサイトの初代細胞培養法注５）を用いて、ニューロン新生に関わる転写調節因子Pax6がアストロサイトの増殖・分化をも制御していることを突き止めました。
＜研究の内容＞
本研究では、正常なマウス脳を用いて免疫染色を行い、アストロサイト前駆細胞およびアストロサイトがPax6を発現していることを明らかにしました。まず、正常なマウス脳においてアストロサイトのマーカーとPax6の免疫染色により、Pax6の発現パターンの解析を行いました。その結果、アストロサイトがPax6を発現していることが判明しました（図２）。次にアストロサイトにおけるPax6の機能を明らかにするために、Pax6に変異があるマウス（Sey/Sey ）を用いて調べました。胎齢１８日の野生型とPax6変異マウスの大脳皮質原基を用い、アストロサイトの初代細胞培養を行いました。その結果、アストロサイトはPax6に変異があるSey/Sey マウスから取り出した脳組織でも産生され、Pax6はアストロサイトの発生そのものには必須でないことが分かりました（図３）。また、Pax6変異マウス由来のアストロサイトは野生型に比して細胞増殖が有意に増加していました（図４）。このことから、Pax6変異マウス由来のアストロサイトは未分化状態のアストロサイトである可能性が考えられたので、分化マーカーの発現を解析しました。その結果、Pax6変異マウス由来のアストロサイトにおいて、成熟アストロサイトのマーカーであるGFAPの発現は野生型に比して低く、未分化マーカーであるnestinおよびprominin-1（CD-133）の発現は増加していました（図５）。これらアストロサイトの初代細胞培養の実験において認められたPax6変異マウスにおけるアストロサイト前駆細胞の増殖および分化異常は、胎生期の脊髄においても認められました。このようなSey/Sey アストロサイトで観察された、未分化状態および細胞増殖の
以上のことから、Pax6はアストロサイトの発生において、アストロサイト前駆細胞の増殖を抑制し、分化を促進している可能性が示唆されました。さらに、Pax6の機能が失われることにより、アストロサイト前駆細胞が神経膠腫に形質転換し、神経膠腫の悪性度が高まる可能性も示唆されました。このためPax6は抗腫瘍因子として機能し、神経膠腫幹細胞の増殖を抑制することによって悪性神経膠腫への転化または悪性度の亢進を抑制している可能性が考えられます。アストロサイトの発生にPax6が関与することが判明したことで、これまでほとんど分かっていなかったグリア細胞の発生のメカニズムの解明が今後進んでいくものと思われます。
＜今後の展開＞
アストロサイトの発生研究は、ヒト脳の機能発達とさまざまな精神神経疾患との関連を考える上で極めて重要な意義を持っています。今回明らかになったアストロサイトの発生における転写調節因子Pax6の役割は、アストロサイトおよび神経膠腫の発生の理解に大きな一石を投じるものと考えられます。
今後は今回の研究から得られた知見をもとに、Pax6の下流因子の探索をマイクロアレイなどによって行うことにより、アストロサイトの発生や神経膠腫の発生のメカニズムが解明されるものと期待されます。
＜参考図＞
図１ アストロサイト、ニューロンとその他のグリア細胞
図２ 野生型マウスのアストロサイトでのPax6の発現
図３ 初代培養アストロサイトにおけるPax6の発現
図４ Pax6変異マウス由来の初代培養アストロサイトの細胞増殖
図５ Pax6変異によるアストロサイトの成熟の変化
図６ Pax6変異による初代培養アストロサイトの細胞移動能の変化
＜用語解説＞
注１）アストロサイト
脳や脊髄にあるグリア細胞の中で最も数が多く、概算でニューロンの数の約４・５倍の数が存在する。
注２）転写調節因子Pax6（パックス・シックス）
転写調節因子は遺伝子のスイッチをオン・オフしたり、発現量を増減させたりすることで、遺伝的プログラムで中心的な役割を果たす因子である。Pax6はとくに脳の発生の最も初期から成体まで働く重要な因子である。
注３）グリア細胞
神経系を構成する細胞の中で神経細胞（ニューロン）ではない細胞の総称。脳や脊髄などの中枢神経系では、アストロサイト、オリゴデンドロサイト、ミクログリアの３種が存在する。それらの働きは、主にニューロンに栄養を与えること、またニューロンをとりまく環境の整備をすることでニューロンの活躍を助けることとされてきたが、近年、さらに多様な機能を持つことが明らかになってきた。
注４）神経膠腫（グリオーマ）
グリア細胞から発生する腫瘍の総称。神経膠腫の多くは脳内・脊髄内に広がって発育する（浸潤）のが特徴で、治療が困難であるとされる。
注５）初代細胞培養法
臓器・組織・胎児から得た細胞を培養する方法。生体の状況を反映している。
＜論文名＞
"The neurogenesis-controlling factor, Pax6, inhibits proliferation and promotes maturation in murine astrocytes"
（神経新生調節因子Pax6はマウスのアストロサイトにおいて、増殖を阻害し、成熟を促進させる）
doi: 10.1523/JNEUROSCI.5074-07.2008
＜お問い合わせ先＞
大隅 典子（おおすみ のりこ）
東北大学 大学院医学系研究科 教授
〒980-8575 宮城県仙台市青葉区星陵町２-１
Tel：022-717－8201 Fax：022-717-8205
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瀬谷 元秀（せや もとひで)
科学技術振興機構 戦略的創造事業本部 研究領域総合運営部
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