研究内容

当研究室では、電子顕微鏡を含む形態学的解析と分子生物学的手法を組み合わせ、様々な研究を行っています。ここでは、それらの研究テーマの中の主要な2つである「嗅覚系を中心とした脳神経回路の解析」と「精巣ライディッヒ細胞の分化メカニズム解明」を紹介します。

嗅覚系を中心とした脳神経回路の解析

化学的に同定されたニューロンによる嗅球シナプス回路

図1.嗅覚系の一次中枢である嗅球の神経回路。嗅神経(一次ニューロン)は嗅球に入り、その表層を構成する糸球体内(水色円)で終末する。その終末の先は投射ニューロン(二次ニューロン)である僧房/房飾細胞で、これにより嗅覚情報は高次脳中枢へと伝わる。その際、糸球体層では傍糸球体細胞が、僧房細胞層および顆粒細胞層では顆粒細胞が多様な様式でシナプス結合し、嗅覚情報の伝達調整を行っている。傍糸球体細胞は、含有する化学的神経活性物質により様々な細胞群が存在する。THニューロンは嗅神経から直接的なシナプスを受け、僧房/房飾細胞へと対称性シナプスをつくる。また、僧房/房飾細胞の樹状突起から非対称性シナプスを受けたTHニューロンは、異なる僧房/房飾細胞の樹状突起へ対称性シナプスをつくる。THニューロンは、僧房/房飾細胞とは相反性シナプスをつくらず、連続性シナプスを形成する。これに対しCBニューロンは、嗅神経から直接的なシナプスを受けず、僧房/房飾細胞の樹状突起との間に相反性シナプスを形成する。このことは、化学的性質の異なるニューロン群は、異なる神経回路内のシナプス結合を形成し、THニューロンは匂い識別に、CBニューロンは匂い感度に関わる可能性が形態学的所見から示唆される。

アセチルコリンニューロンによる嗅球シナプス回路

図2.遠心性入力による嗅球神経回路の調節。嗅球神経回路の調節系として他の脳領域から投射してくるニューロン系(遠心性入力)によっても調節される。遠心性入力のうち代表的なものとして、縫線核からのセロトニンニューロン、ブローカ対角帯水平脚からのアセチルコリンニューロン、青斑核からのノルアドレナリンニューロンが知られている。図2はアセチルコリンニューロンの嗅球への入力パターンを示す。アセチルコリンニューロン線維(軸索)の密度は、糸球体層と内網状層で特に高く、それらの層を構成する傍糸球体細胞や介在ニューロンとシナプス結合し、嗅覚伝達の調整を行っていることが示唆される。

精巣ライディッヒ細胞の分化メカニズム解明

図-3:Ad4BP/SF-1遺伝子の胎仔ライディッヒ細胞エンハンサー

図3.哺乳類では、胎仔期の精巣に出現する胎仔ライディッヒ細胞と、思春期以降に出現・増加する成獣ライディッヒ細胞の2種類のライディッヒ細胞が存在し、両者の性質が一部異なることが分かっている。一方、Ad4BP/SF-1はライディッヒ細胞の分化を制御するマスター因子である。本因子をコードする遺伝子の上流に、胎仔ライディッヒ細胞エンハンサー(Fetal Leydig Enhancer, FLE)が存在することが明らかになった。このエンハンサーを用いて胎仔ライディッヒ細胞にEGFPを発現するトランスジェニックマウスを作出することにより、細胞を高純度で回収することが可能になった。

図-4:哺乳類における胎仔ライディッヒ細胞と成獣ライディッヒ細胞

図4.胎仔ライディッヒ細胞と成獣ライディッヒ細胞の分化の時期と細胞数の推移を模式的に示した。これまで胎仔ライディッヒ細胞は出生後に消失すると考えられていたが(緑色・破線)、FLEを用いた細胞運命追跡の結果、成獣の精巣にも残存していることが明らかになった。胎仔ライディッヒ細胞と成獣ライディッヒ細胞では、遺伝子発現パターンが異なる。ここに示したように、Hsd3b6Hsd17b3(いずれも男性ホルモンの産生に関わる酵素をコードする遺伝子)は、成獣ライディッヒ細胞でのみ発現しており、胎仔ライディッヒ細胞では発現が認められない。