小脳のシナプス刈り込みの仕組み解明研究成果

「小脳のシナプス刈り込みの仕組み解明」

1．発表者：
東京大学大学院医学系研究科　神経生理学分野
教授　狩野方伸

2．発表概要：
生後間もない動物の脳には過剰な神経結合（シナプス）が存在するが、やがて必要な結合は強められ、不要な結合は除去されて、神経回路は成熟する。これを「シナプス刈り込み」とよぶが、今回小脳において、その詳細を解明した。
　
3．発表内容：
生後間もない動物の脳には過剰な神経結合（シナプス）が存在するが、生後の発達過程において、必要な結合だけが強められ、不要な結合は除去されて、成熟した機能的な神経回路が完成する。この過程は「シナプス刈り込み」と呼ばれており、生後発達期の神経回路に見られる普遍的な現象であると考えられている。自閉症やADHD（注意欠陥多動性障害）などの発達障害において、発達期のシナプス刈り込みの異常が関係すると考えられている。
私たちは、シナプス刈り込みの仕組みを調べるために、定量的な解析が可能な小脳の登上線維とプルキンエ細胞の間のシナプス結合を用いた。生まれたばかりの動物のプルキンエ細胞では、5本以上の弱い登上線維がプルキンエ細胞の根元に相当する細胞体にシナプスを形成しているが（添付資料①）、大人の動物ではたった一本の強力な登上線維が、細胞体から大木の枝のように張り出した樹状突起にシナプスを形成している（添付資料④）。この樹状突起はいわば“勝者の席”であり、発達段階で、ここに侵入してシナプスを形成できた登上線維だけが生き残り、大人の動物でプルキンエ細胞の活動を制御して、小脳の機能に重要な役割を果たすようになると考えられる。
私達は、どのようなプロセスを経て複数の登上線維の中から1本の登上線維のみが樹状突起にシナプスを形成するようになるかを、電気生理学的および解剖学的手法を駆使して調べた。その結果、登上線維がまだ細胞体上にある間に、強い登上線維（勝者）と弱い登上線維（敗者）の選別はすでに始まっていることを見出した（添付資料②）。そして、勝者のみが樹状突起の“勝者の場”に移動することができ、それ以外の敗者の登上線維は細胞体に取り残されて、生後15日までに除去されることを明らかにした（添付資料③）。
神経細胞は、樹状突起、細胞体、軸索という複数のコンパートメントからなる。私たちが明らかにしたのは、発達期のシナプス刈り込みにおいて、必要なシナプス入力を、その本来の落ち着き先であり、“勝者の場”である樹状突起に移動させて確保し、“競争の場”である細胞体上で不必要な入力のみを選択的に除去できるようにするための仕組みであると考えられる。

4．発表雑誌：
Neuron
（Cell Press；発表論文タイトル：Translocation of the “Winner” Climbing Fiber to Purkinje Cell Dendrite Followed by Removal of the “Losers” from the Soma during Cerebellar Development）

5．注意事項：
July 16 issue（7月16日号）に掲載予定。米国東部時間で7月16日の正午（日本時間7月17日午前1時）までは、すべてのプレスリリースが禁止されています。

6．問い合わせ先：
〒113-0033　東京都文京区本郷7-3-1
東京大学大学院医学系研究科　神経生理学分野
教授　狩野方伸

7．用語解説：
プルキンエ細胞：小脳皮質に存在する大型の神経細胞で、小脳皮質からの情報を出力する唯一の神経細胞。

登上線維：脳幹の延髄にある神経核（下オリーブ核）から、小脳皮質のプルキンエ細胞へ情報を伝える入力線維。大人の動物においては、ほとんどのプルキンエ細胞にはわずか1本の登上線維がシナプス結合している。

8．添付資料：