| 2014年度日本神経化学会優秀賞受賞講演 |
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グリア細胞発生・分化機構の解析と生体内細胞系譜追跡実験系の確立・応用
竹林 浩秀
新潟大学大学院医歯学総合研究科 神経生物・解剖学分野
＜研究の概要＞
神経系において、グリア細胞は、長らくニューロンの隙間を埋める存在と考えられ、あまり注目されていない存在であった。我々は、グリア発生を含む神経系の発生制御機構を分子レベルで明らかにする目的で、胎仔期の中枢神経系で領域特異的に発現する転写因子のスクリーニングを行った。その結果、発生期にオリゴデンドロサイト前駆細胞に発現するbasic helix-loop-helix（bHLH）転写因子Olig1、Olig2を同定し、さらに、同じファミリーに属する新規遺伝子Olig3を同定した。発現解析により、Olig1、Olig2は、胎仔期神経管の腹側に、Olig3は、胎仔期神経管の背側に発現している事が判明した。特に脊髄においては、Olig2は、運動ニューロンとオリゴデンドロサイト前駆細胞を産み出すpMNドメイン、移動中のオリゴデンドロサイト前駆細胞に強く発現していた。Olig2の強制発現実験を行った結果、2つのbHLH型転写因子、Olig2とNgn2が運動ニューロンの発生に協調して関与することが明らかとなった。さらに、Olig2ノックアウトマウスは出生直後に死亡し、その脊髄では、運動ニューロンとオリゴデンドロサイト前駆細胞が存在しないことから、Olig2が運動ニューロンとオリゴデンドロサイトの発生に必須の転写因子である事がわかった。その後の解析により、Olig2は終脳において、アセチルコリン作動性ニューロンの発生、一部のアストロサイトの発生、皮質-視床路の形成にも関わっていること明らかとなった。
また、生体内でのグリア細胞分化様式を調べるために、タモキシフェン投与により時期特異的にDNA組換えを誘導するOlig2-CreERノックインマウスを作製して細胞系譜追跡実験系を立ち上げ、さまざまな時期・部位・病態にて実験を行った。その結果、成体脳の白質において、adult oligodendrogenesisとも言える現象を見いだした。また、Olig2陽性細胞は、成体脳の損傷の種類によってオリゴデンドロサイトあるいはアストロサイトへ分化することが明らかとなった。
我々の研究は、グリア細胞の発生メカニズム、および、脳内における動態の理解に貢献したと考えられる。
Glial cells had been assumed to be merely supporting cells for neurons, and less attention had been paid for a long time. In order to investigate molecular mechanisms of glial cell development, we performed screening of transcription factors, which were expressed in specific regions of embryonic central nervous system. As a result, we identified novel basic helix-loop-helix factors, Olig family：oligodendrocyte lineage genes, Olig1 and Olig2, and a third member, Olig3. Expression analyses revealed that Olig1 and Olig2 are strongly expressed in the ventral ventricular zone, pMN domain, which is known to produce motoneurons and oligodendrocyte progenitor cells（OPCs）and in migrating OPCs, whereas Olig3 is expressed in the dorsal neural tube. Overexpression analyses in chick embryos suggested that Olig2 and Neurogenin2 co-operatively promote motoneuron differentiation. In addition, generation of Olig2 knockout mice resulted in immediate death after birth, and there was no motoneuron and OPC in the spinal cord of Olig2 knockout mice, indicating that Olig2 is an essential transcription factor for motoneuron and oligodendrocyte development. It is also shown that Olig2 is involved in cholineargic neuron development, astrocyte development in some aspects, and cortico-thalamic projection in the forebrain.
In order to understand glial cell behavior in vivo, we established tamoxifen-inducible lineage tracing experiment using CreER/loxP system, and then, performed the intensive lineage tracing experiments in different stages, regions and pathological conditions with collaborating research groups. We identified the adult oligodendrogenesis in the white matter of adult brain. Furthermore, Olig2-positive cells differentiate into oligodendrocytes and/or astrocytes depending on types of brain injury.
Our studies, taken together with other studies, contributed to understanding the molecular mechanisms and the behavior of glial cells in vivo. | | | |
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