発達中の脳で神経細胞内のエネルギーを維持するしくみを解明

2015年4月8日

 国立大学法人Extenal Link京都大学(総長:山極壽一)の見学美根子物質-細胞統合システム拠点(iCeMS=アイセムス)教授らは、脳神経回路を形成する過程で急速に発達する神経細胞の隅々までエネルギーが供給されるメカニズムを明らかにしました。

 細胞は、糖を分解する過程で作られるATPというエネルギー分子を用いて様々な代謝反応を推進します。神経細胞は複雑に分岐した突起を連結して神経回路を形成し、その活動に多くのATPを消費しますが、神経細胞の樹状に展開する突起全長にATPが供給されるメカニズムは十分に明らかになっておらず、特に脳発達の過程で急激に容積と複雑性が拡大する神経細胞全体にATPが供給される機構については全く明らかでありませんでした。

 研究グループは、小脳プルキンエ細胞という大型のニューロンの発生過程において、ミトコンドリアが突起内に運搬されATPを現地生産することが、突起の成長に不可欠であることを証明しました。また突起内でのATPレベルの維持にはミトコンドリアの酸素呼吸クレアチンシャトルの連動が必要で、解糖系の寄与は小さいことを明らかにしました。さらに発達中の神経細胞突起では主に細胞運動を制御するアクチン代謝がATPを消費し、ATP枯渇条件ではアクチン代謝が減速して突起成長が抑えられることを証明しました。本研究成果は神経細胞のエネルギー戦略の一端を明らかにしたもので、虚血による神経細胞のダメージやミトコンドリア変性を伴う神経変性疾患の病態解明や治療法の開発につながる可能性があります。

 本研究は、Extenal Link独立行政法人日本学術振興会「最先端・次世代研究開発支援プログラム」、Extenal Link公益財団法人第一三共生命科学研究振興財団第31回(平成25年度)研究助成のほか、日本学術振興会科学研究費補助金「若手研究(B)」、日本学術振興会科学研究費補助金特別研究員奨励費の支援を受けておこなわれました。本研究成果は、4月7日(火)に米国の科学雑誌「Extenal LinkThe Journal of Neuroscience」において公開されました。


用語解説:

ATP:アデノシン3リン酸の略。核酸分子のアデノシンに高エネルギーリン酸結合で3分子のリン酸が結合しており、リン酸分子の切断に際しエネルギーを放出する。(» 本文に戻る

ミトコンドリア:2重の脂質膜をもつ真核生物の細胞内小器官で、酸素呼吸の場となり、電子伝達系と酸化的リン酸化により細胞に必要なほとんどのATPを生産する。(» 本文に戻る

酸素呼吸:炭水化物を酸素を利用して酸化し、二酸化炭素と水まで分解する過程でATPを産生する一連の代謝反応。(» 本文に戻る

クレアチンシャトル:ATPの高エネルギーリン酸結合はクレアチンキナーゼの働きで有機酸のクレアチンに置換されてクレアチンリン酸となる。クレアチンリン酸はエネルギーとしては消費されないため、貯蔵され、ATPが枯渇すると逆の反応でATPに再変換される。このしくみがスポーツなどに有効とされ、クレアチンが多数のサプリメントに含有され販売されている。(» 本文に戻る

アクチン:球形の蛋白質が連なり繊維状構造を作る細胞骨格のひとつで、細胞のかたちを決定している。筋細胞の収縮や細胞分裂、細胞の移動を制御する。(» 本文に戻る


文献情報

Extenal LinkSynergistic Action of Dendritic Mitochondria and Creatine Kinase Maintains ATP Homeostasis and Actin Dynamics in Growing Neuronal Dendrites(樹状突起ミトコンドリアの相乗作用とクレアチンキナーゼが成長するニューロン樹状突起内でATPレベルとアクチン代謝を維持することを解明)

Kansai Fukumitsu1,2, Kazuto Fujishima1, Azumi Yoshimura1, You Kure Wu1,2, John Heuser1, and Mineko Kengaku1,2

The Journal of Neuroscience | Published Online 7 April 2015 (5PM EDT)
DOI:10.1523/JNEUROSCI.4115-14.2015

  1. 京都大学物質−細胞統合システム拠点(iCeMS)
  2. 京都大学大学院生命科学研究科

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