小脳傍道膜小体を介して分泌されるペプチドが脳の発達を制御する

一、研究背景および目的 下腺(Subcommissural Organ、SCO)は、脳室系の入り口に位置する腺様構造であり、ヒトおよびその他の脊椎動物に分布していますが、その機能はこれまで完全に解明されていませんでした。これまでの研究では、SCOが神経発達調節、脳脊髄液内環境維持などのプロセスに関与する可能性が示唆されていますが、大半は細胞培養や器官移植などのモデルに依存しており、生体動物レベルでのその機能研究はあまり行われていませんでした。本研究では、遺伝子操作によりマウスのSCO細胞を特異的に除去し、脳発達におけるSCOの重要な役割を探究することを目的としています。

二、研究対象および方法 1. トランスクリプトーム解析によりSCOで高い特異性を持って発現する3つの遺伝子sspo、car3、spdefを選択した。 2. これらの3つの遺伝子のプロモーターを用いてCre組換え酵素の発現を誘導し、spdef-cre、car3-cre、sspo-cre、sspo-creerの4つのマウス修飾系統を構築し、SCO細胞を特異的にラベリングまたは除去することができるようにした。 3. これらのCreマウス系統をCre発現に依存するジフテリア毒素遺伝子dtaマウス系統と交配することで、SCO細胞を特異的に除去し、欠失後の表現型の変化を研究した。 4. RNA-seqおよびプロテオミクスを用いてSCOが分泌するいくつかのニューロペプチドを同定し、神経細胞の発達への影響を研究した。 5. これらのニューロペプチドをSCO欠損マウスに投与し、発達障害に対する治療効果を観察した。

三、主な研究結果 1. SCO欠損のsspo-cre;dtaマウスでは、水頭症、神経細胞の局在異常、神経線維の伸長発達障害など、小脳発達の重度異常が認められた。 2. SCOの欠損により、神経細胞の生存率低下、樹状突起の分岐発達障害などの異常が生じ、神経発達に対するSCOの重要な調節作用が示された。 3. プロテオミクス解析により、SCOが豊富に分泌する3種類のニューロペプチド、サイモシンベータ4、サイモシンベータ10、およびNP24が同定された。 4. これら3種の神経ペプチドは神経細胞の発達を促進し、外源的な補充によりSCO欠損マウスの発達障害が一部回復したことから、SCOが神経発達を調節する重要なエフェクター分子であることが示された。

四、研究の意義 1. 生体動物レベルで初めてSCOが脳発達に重要な調節作用を果たすことを明らかにし、正常および病態における機能解明の基礎を築いた。 2. SCOが特異的ニューロペプチドを分泌することで下流の発達効果を媒介する新たな機構を同定した。 3. 先天性水頭症などのSCO異常に起因する発達障害の病理過程を解明するための新たな分子ターゲットを提供した。

本研究では、小脳下腺体が神経発達を調節する新しい機能とそのメカニズムを比較的系統的に明らかにしており、進化的に保存されたこの重要な脳領域の生理学的意義を包括的に理解する上で重要な価値を持つと考えられます。