グリア細胞の新機能発見―繊毛保護メカニズムが明らかに

このオープンアクセス論文のタイトルは「Glia Detect and Transiently Protect Against Dendrite Substructure Disruption in C. elegans（グリア細胞はC. elegansの樹状突起構造の破壊を感知し、一時的に保護する）」です。

「グリア細胞が樹状突起とどのように関与するかという経路を明らかにすることが、我々の主な目的でした」と語るのは、ロックフェラー大学 発生遺伝学研究室の責任者、シャイ・シャハム博士（Shai Shaham, PhD）です。

「今後の重要な課題は、この細胞の働きを操作することで、繊毛に関連する疾患に対応できるかどうかです。」

未知の領域へ

神経細胞は、情報を伝達するために軸索と樹状突起を用いており、軸索は信号を送り出す役割、樹状突起は信号を受け取る役割を担っています。一部の樹状突起の先端には繊毛が伸びており、これによってにおいや光、その他の刺激を検知することができます。

これまでの研究では、グリア細胞が軸索の構造を維持する方法については数多くの研究が行われてきました。しかし、グリア細胞がどのようにして樹状突起やその繊細な繊毛を保護・維持しているかについての研究は比較的少なく、明らかになっていませんでした。樹状突起の構造変化は学習や記憶と関連があること、また繊毛の機能不全は「シリオパチー」と呼ばれる一群の疾患の根本原因となることが知られており、シャハム博士と共同研究者らは、この重要な知識の空白を埋めるために研究に取り組みました。

「グリア細胞と樹状突起の相互作用については、ほとんど何も分かっていませんでしたが、それは軸索と同じくらい重要なのです。」とシャハム博士は述べています。

「信号を受け取る部分も必要ですからね。」

研究チームは、研究のシンプルさと生物学的な理解が進んでいる点から、モデル生物として線虫 C. elegans を選びました。さらに、線虫では繊毛が樹状突起の先端にのみ存在するため、グリア細胞がいなくなったときに樹状突起の繊毛に何が起きるかを特定しやすいという利点もありました。

「C. elegans は非常に強力なモデルです。分子レベルから行動に至るまで、あらゆる側面を探究できるからです。」と語るのは、本研究の筆頭著者であり、シャハム研究室のポスドク研究員、キャサリン・ヴァランダス博士（Katherine Varandas, PhD）です。

「線虫を使って、グリア細胞と樹状突起の極めて特異的な相互作用を解明することができます。」

生命の樹を上へ

本研究では、研究チームがCRISPR技術を用いて、繊毛の構造を破壊した線虫やグリア細胞の応答を変化させた線虫を作製し、蛍光顕微鏡を使ってグリア細胞の挙動を観察しました。さらに、正常な繊毛を持つ線虫と繊毛が損なわれた線虫とでグリア細胞がどのように反応するかを比較するために、RNAシーケンシングを用いて遺伝子発現の変化を解析し、電子顕微鏡で構造変化を詳細に観察しました。

その結果、グリア細胞は繊毛が損傷すると、細胞外マトリクスタンパク質を過剰に蓄積し、遺伝子発現を変化させることが明らかになりました。特に、DGS-1という神経細胞由来のタンパク質と、FIG-1というグリア細胞由来のタンパク質が関与する新たなシグナル伝達経路が発見されました。この2つのタンパク質は繊毛の完全性をモニタリングする上で極めて重要であり、どちらかの遺伝子に変異があると、実際に繊毛が損傷していなくてもグリア細胞が反応することが分かりました。

この発見は、グリア細胞の機能に関する理解を深めるものであり、その意義は線虫を超えて広がる可能性を秘めています。実際に、感覚器の構造と機能には種を超えた類似性があるため、哺乳類においても同様の繊毛保護メカニズムが存在する可能性があります。哺乳類では、グリア細胞が樹状突起の類似構造と相互作用することが知られており、本研究は種を超えたグリア-樹状突起の相互作用の解明に向けた土台となるかもしれません。これは、シリオパチー（繊毛の異常によって起こる疾患）に苦しむ人々への新たな治療戦略の道を開くことにもつながるでしょう。

「私たちは、次のステップとしてこの研究を哺乳類に拡張したいと考えています。」とヴァランダス博士は述べています。

「繊毛で覆われた樹状突起がグリア細胞に囲まれているという感覚器の構造は進化的に非常に保存されており、種を超えて驚くほどの類似性があります。これは今後の研究にとって極めて魅力的な方向性を提供してくれます。」

[News release] [Nature Communications article]