細胞極性形式の基本原理:神経細胞の極性逆転現象を用いた解析

细胞极性格式的基本原理：利用神经元极性反转现象进行分析

基本信息

批准号：
13045007
负责人：
林謙介
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13045007/
关键词：
ラット神経細胞細胞極性生長円錐細胞移動軸索再生

项目摘要

発生生物学では細胞極性の形成機構は主要な課題であるにもかかわらず、細胞極性という言葉は未だに一つの概念にすぎない。細胞極性はいろいろな細胞でいろいろな場面に現れるが、それらが同じ一つの基本原理に基づくものであるかどうかは不明だ。そこで本研究では、細胞極性の共通原理を理解することを目指し、神経細胞の発生過程のうち、細胞移動と突起形成の2つのステップをインビトロで再現し、それぞれ細胞極性が逆転する現象を観察した。大脳皮質の抑制性ニューロンは、発生初期に他の領域から移動して来ることがわかっている。胎児期大脳皮質の神経細胞をグリア細胞の上に培養すると、やはり抑制性ニューロンは興奮性ニューロンに比べて特に高い移動能をもつことがわかった。抑制性ニューロンは培養中に頻繁に移動逆転を起こし、移動逆転に伴って細胞内小器官が回転していた。古くから、さまざまな種類の動物の生体内で神経の軸索を細胞体の近くで切断すると樹状突起から軸索が再生してくることが報告されてきた。そこで樹状突起から軸索が再生する現象を培養条件下で再現することを試みた。出生直後のラットの大脳皮質をマイルドに分散すると、樹状突起をつけたままの神経細胞がとれてきた。この細胞を無血清、低密度培養した。培養3日後に、どこから新しい軸索が再生してくるかを調べた。軸索は66%の細胞で元の樹状突起の先端から再生していた。その場合、樹状突起が軸索に変換していた。軸索再生の始まる時間を各細胞について測定すると、樹状突起の先端からの軸索再生は、細胞体から軸索が再生するときよりも5時間ほど遅かった。軸索が伸長するためには効率のよい膜輸送経路が必要であり、そのためには微小管の長さ、向き、微小管結合蛋白などが再配置されなければならない。約5時間という所要時間は、細胞骨格成分の輸送、いわゆる遅い順行輸送のスピードから計算して合致する。以上2つの極性逆転現象が、細胞極性の形成機構に重要なステップや分子を探し出すのに有用な系となることを期待している。

尽管细胞极性形成的机制是发育生物学的一个主要问题，但细胞极性一词仍然只是一个概念。细胞极性在不同的细胞中会出现不同的情况，但尚不清楚它们是否基于相同的基本原理。因此，在本研究中，我们旨在了解细胞极性的共同原理，并在体外重现神经元细胞发育过程中的两个步骤：细胞迁移和过程形成，并观察每种情况下细胞极性反转的现象。。众所周知，大脑皮层中的抑制性神经元在早期发育过程中从其他区域迁移。当来自胎儿大脑皮层的神经元在神经胶质细胞上培养时，发现与兴奋性神经元相比，抑制性神经元具有特别高的迁移能力。抑制性神经元在培养过程中经常经历迁移逆转，并且细胞内细胞器随着迁移逆转的发生而旋转。长期以来已有报道称，在各类动物体内，当神经轴突在细胞体附近被切断时，轴突会从树突中再生出来。因此，我们尝试在培养条件下重现树突再生轴突的现象。通过在大鼠出生后立即轻微分散大脑皮层，恢复了仍附着有树突的神经元。细胞以无血清、低密度的方式培养。培养 3 天后，我们研究了新轴突再生的位置。 66% 的细胞中，轴突从原始树突的尖端再生。在这种情况下，树突已经转变为轴突。当测量每个细胞的轴突再生开始的时间时，树突尖端的轴突再生比细胞体的轴突再生慢约5小时。为了使轴突伸长，需要有效的膜运输途径，为此必须重新排列微管的长度、方向和微管结合蛋白。所需时间约为5小时，与根据细胞骨架成分的运输速度（即所谓的慢速顺行运输）计算的结果一致。我们希望上述两种极性反转现象能够成为寻找细胞极性形成机制中重要步骤和分子的有用系统。