令和５年４月２２日
東海国立大学機構 名古屋大学
自然科学研究機構 生理学研究所
科学技術振興機構（ＪＳＴ）
「目が見えなくなると触覚が鋭敏になる」メカニズムを解明
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ポイント
- 先天的に視覚遮断されているマウスの高次視覚野は、体性感覚刺激に対する神経活動応答が増加し、その結果体性感覚の機能が向上する
- 生理的に存在する体性感覚野から高次視覚野への情報伝達経路を抑制するシステムをミクログリアが除去することで、視覚遮断後の高次視覚野の体性感覚に対する神経応答の増加がもたらされる
- この抑制システムの除去は、ミクログリアがマトリックスメタロプロテアーゼ９により細胞外基質を溶かし、抑制性シナプスを剥がすことで誘引される
東海国立大学機構 名古屋大学 大学院医学系研究科 分子細胞学分野の客員研究者 橋本 明香里（公立陶生病院 研修医：神戸大学 医学部卒業）、和氣 弘明 教授の研究グループは、早期視覚喪失がもたらす触覚機能向上のメカニズムを明らかにしました。
私たちは目や手、耳といったさまざまな感覚情報を用いて自分の周囲の状況を感知します。視覚情報は後頭部にある視覚野で、触覚（体性感覚）は頭頂部にある体性感覚野で、聴覚情報は側頭部にある聴覚野で、といったように、それぞれの情報はそれぞれの「専門部位」で主に情報処理されます。では目が見えなくなった人では視覚野は機能しなくなってしまうのか、というとそうではありません。視覚情報を失った視覚野は、代わりに他の種類の感覚情報、つまり聴覚や体性感覚情報を処理するようになり、その結果、聴覚や触覚が鋭敏になる、という「異種感覚間可塑性」と呼ばれる現象が生じます。この現象は１９９０年代に提唱され、広く知られています。先天盲のヒトが点字を読む時は、それが触覚にも関わらず体性感覚野のみならず視覚野が活性化され、実際に見る感覚で字を読むことが示唆されています。しかし、その詳細なメカニズムはまだ分かっていませんでした。本研究グループは、脳内のグリア細胞の１つであるミクログリアに着目してこのメカニズムの一端を解明しました。
私たちの脳は１０００億個以上の神経細胞と、その約１０倍もの数のグリア細胞から成り立っています。神経細胞は電気信号を用いて情報伝達や情報処理を行い、グリア細胞は神経回路の形成や情報伝達の調節、神経細胞への栄養の運搬などの役割を担っています。中でもグリア細胞の１つ、脳内の免疫細胞として知られるミクログリアは、常に突起を進展退縮させながら、神経細胞同士の接続部「シナプス」を監視、形成、除去することで神経回路の形成や精緻化、障害時の再編成に寄与する機能を持っていることが近年知られてきました。とりわけミクログリアの興奮性シナプスに対する作用はよく知られ、発達期および障害からの回復期ではこれらの形成・除去を行うことで機能的な神経回路を形成することが知られています。その一方で抑制性シナプスへの関与はいまだ解明が進んでいません。
本研究では２光子生体イメージング、電子顕微鏡、電気生理学的手法、分子生物・遺伝学的手法などのさまざまなアプローチ方法を用いて、視覚遮断後のマウスの高次視覚野がヒゲ刺激による体性感覚情報に応答し、ヒゲ感覚識別能力が向上するメカニズムを明らかにしました。生まれて間もない時期に視覚遮断を受けると、マウスの高次視覚野では、ミクログリアによる抑制性シナプスの除去が亢進し、潜在的に存在していた体性感覚野から高次視覚野への伝達経路の抑制システムが解き放たれることで、高次視覚野の神経細胞がヒゲ刺激に応答するようになり、さらにそれが機能向上につながることを解明しました。またこの際にミクログリアが、細胞の外に存在する細胞外基質と呼ばれる足場をマトリックスメタロプロテアーゼ９という分子によって溶かすことで抑制性シナプスを剥がすという機序を明らかにしました。つまり、ミクログリアがストッパーを外すことによって脳が「専門外」の情報を処理するようになる、というイメージです。
近年、健常人においても視覚だけでなく聴覚や体性感覚刺激が高次視覚野の神経活動に影響を及ぼしうることが知られており、高次視覚野は感覚統合の観点でも注目されています。今回の研究で高次視覚野における体性感覚情報処理システムとミクログリアによる制御が解明されたことで、脳の多種感覚情報統合・分別にかかわる新たなメカニズムの提唱にもつながる可能性があります。さらに自閉スペクトラム症では抑制性シナプスの減少や感覚統合の障害が報告されており、こういった精神神経疾患での新たな治療ターゲットにもなりえることが示唆されます。
尚、本研究は大阪大学 大学院生命機能研究科 心生物学研究室の八木 健 教授、足澤 悦子 助教、特別研究員 河村 菜々実、自治医科大学 医学部解剖学講座 組織学部門の大野 伸彦 教授の協力および、Ｎｅｗ Ｓｏｕｔｈ Ｗａｌｅｓ大学のＡｎｄｒｅｗ Ｊ Ｍｏｏｒｈｏｕｓｅ 博士、マウントサイナイ医科大学のＡｎｎｅ Ｓｃｈａｅｆｅｒ 博士との国際共同研究によって行われました。
本研究成果は、２０２３年４月２１日（金）付（現地時間）で米国科学誌「Ｃｅｌｌ Ｒｅｐｏｒｔｓ」にオンライン掲載されます。
本研究は、日本学術振興会 科研費の基盤研究Ｂ（課題番号：ＪＰ２１Ｈ０２６６２・ＪＰ１８Ｈ０２５９８［和氣］）、学術変革領域Ａ（ＪＰ２０Ｈ０５６９９［和氣］）、ＪＳＴ ＣＲＥＳＴ（課題番号：ＪＰＭＪＣＲ１７５５ ホログラム光刺激による神経回路再編の人為的創出［和氣］とＪＰＭＪＣＲ２２Ｐ６ 生体マルチセンシングシステムの究明と活用技術の創出［和氣］）、国際共同研究加速基金（ＪＰ２０ＫＫ０１７０［和氣］）の助成を受けたものです。また拠点形成事業、先端バイオイメージング支援プラットフォームの支援を受けて行われました。
＜プレスリリース資料＞
＜論文タイトル＞
- “Microglia Enable Cross-Modal Plasticity by Removing Inhibitory Synapses”
- ＤＯＩ：10.1016/j.celrep.2023.112383
＜お問い合わせ先＞
-
＜研究に関すること＞
和氣 弘明（ワケ ヒロアキ）
名古屋大学 大学院医学系 研究科
機能形態学講座 分子細胞学 教授
Tel：052-744-2000 Fax：052-744-2011
E-mail：hirowakemed.nagoya-u.ac.jp
和氣 弘明（ワケ ヒロアキ）
自然科学研究機構 生理学研究所
多細胞回路動態研究部門 教授（兼任）
Tel：0564-55-7724 Fax：0564-55-7725
E-mail：hirowakenips.ac.jp
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＜ＪＳＴ事業に関すること＞
保田 睦子（ヤスダ ムツコ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 ライフイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
Tel：03-3512-3524 Fax：03-3222-2064
E-mail：crestjst.go.jp
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＜報道担当＞
名古屋大学 医学部・医学系研究科
総務課 総務係
Tel：052-744-2804 Fax：052-744-2785
E-mail：iga-sousadm.nagoya-u.ac.jp
自然科学研究機構 生理学研究所
研究力強化戦略室
Tel：0564-55-7722 Fax：0564-55-7721
E-mail：pub-admnips.ac.jp
科学技術振興機構 広報課
〒102-8666 東京都千代田区四番町５番地３
Tel：03-5214-8404 Fax：03-5214-8432
E-mail：jstkohojst.go.jp
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