健常及再生性少突膠細胞形成の領域差異を長期三光子生体イメージングで解明
この論文は、3光子顕微鏡技術を用いてマウス大脑皮質と白質におけるオリゴデンドロサイト動態を研究した独創的な研究を報告しています。
前書き: オリゴデンドロサイトは中枢神経系において髄鞘を生成する細胞で、神経伝達、認知機能、損傷後の修復に不可欠です。従来の研究では、脳の異なる領域でオリゴデンドロサイトの産生と分化に違いがあることが示されていましたが、深部構造を生体内で長期観察できなかったため、この領域特異的制御機構はよくわかっていませんでした。本研究では、3光子顕微鏡の深部撮影の利点を活用し、マウス大脑皮質柱と白質におけるオリゴデンドロサイトの長期体内イメージングを実現しました。
論文出典:
著者: Michael A. Thortonら
所属: コロラド大学アンシュッツ医学センター細胞・発生生物学部門など
掲載誌: ネイチャー・ニューロサイエンス(Nature Neuroscience)
発行日: 2024年5月
研究の流れ: (a) 成熟オリゴデンドロサイトとその髄鞘に蛍光タンパク質EGFPを発現する遺伝子改変マウスに、透明な頭蓋骨ウィンドウを移植。
(b) 1300nmの近赤外レーザーを使用して3光子過程を励起し、深さ1000μmまでの高解像度3D画像を取得する3光子顕微鏡システムを構築。
© 組織へのレーザー損傷を防ぐため、レーザーエネルギー調整、収差補正用の適応光学システム使用、スキャン速度制御などの3光子イメージングパラメータを最適化。
(d) 個々のオリゴデンドロサイトを長期体内追跡し、健常および脱髄モデル(cuprizoneによる誘導)条件下での動態変化を調査。
(e) EGFP標識の細胞体、3次高調波信号により標識された髄鞘構造などの3光子イメージングデータを収集。
(f) イメージングデータを解析し、新規産生、生存、損失のオリゴデンドロサイト数を算出し、細胞集団動態をシミュレーション。
(g) in situハイブリダイゼーションなどの手法を用いて、特定の遺伝子が異なる脳領域のオリゴデンドロサイト亜集団でどのように発現しているかを検討。
主な発見: 1. 健常状態では、白質領域で新規オリゴデンドロサイト産生数が多いが、灰白質領域のオリゴデンドロサイト集団増殖速度が速い。
Cuprizoneによるオリゴデンドロサイト損失の程度は灰白質と白質でほぼ同等だが、損傷後の白質領域の再生能力が高い。
深部皮質(層5/6)のオリゴデンドロサイトは損傷後の再生能力が低く、MOL5/6亜型の回復も阻害される。
健常状態では、異なる脳領域でのオリゴデンドロサイト分子亜型(MOL1/2/3/5/6)の分布比率が異なる多様性があり、損傷後にその一部が回復する。
研究の価値: 1. オリゴデンドロサイトの長期体内イメージングに3光子顕微鏡を活用する新しい手法を確立し、従来の2光子顕微鏡の深度限界を超えた。 2. オリゴデンドロサイトの産生、分化、再生に脳領域特異的制御があることを発見し、異なるミクロ環境の役割を示唆。 3. 深部皮質オリゴデンドロサイトの再生減弱が、後期白質疾患の認知障害と関連する可能性を示し、その領域の修復促進の重要性を提示。 4. オリゴデンドロサイトの異質性と機能の関連性を探る基盤を確立し、正常な髄鞘形成と修復における分子メカニズムの解明に貢献。
以上のように、本研究はオリゴデンドロサイト動態の領域特異的制御を体系的に明らかにし、神経科学研究における3光子イメージング技術の重要な応用価値を示しています。