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2025-02-09 02:12:00
Lippincott-Schwartz Labが率いる新しい研究では、筋肉の契約を作る分子シグナルを伝播するものと同様の細胞構造のネットワークが、学習と記憶を促進する可能性のある脳内の信号を送信する原因であることを示しています。
アインシュタインは、脳を使用すると、筋肉を使用しているようなものであり、その点でここには類似点があると言いました。どちらの場合も同じ機械が動作していますが、読み取りが異なります。」
ジェニファー・リッピンコット・シュワルツ、ジャネリアのシニアグループリーダー
脳細胞と筋肉細胞の間の可能性のあるつながりについての最初の手がかりは、ジャネリアの科学者が小胞体またはERについて奇妙なことに気づいたときに来ました。
Lippincott-Schwartz Labの研究科学者であるLorena Benedettiは、分子が樹状突起の全長に沿って繰り返し、はしごのようなパターンを追跡していることを見たときに、哺乳類ニューロンのERの表面に沿って高解像度で分子を追跡していました。 – 着信信号を受け取る脳細胞上の枝のような拡張。
ほぼ同時期に、シニアグループリーダーのステファンサールフェルドは、Lippincott-Schwartzに、ERが定期的に間隔を空けた横方向の構造を形成しているFly脳のニューロンの高解像度3D電子顕微鏡画像に警告しました。
ERは通常、巨大でダイナミックなネットのように見えます。そのため、Lippincott-Schwartzが構造を見るとすぐに、彼女は自分のラボが自分の目的を理解する必要があることを知っていました。
「科学では、構造は機能です」と、Janeliaの4D細胞生理学研究分野を率いるLippincott-Schwartz氏は言います。 「これは、樹状突起全体に見られている珍しい、美しい構造なので、重要な機能がなければならないと感じています。」
ベネデッティが率いる研究者は、類似したはしごのようなER構造である筋肉組織を持っていることが知られている体の他の唯一の領域を見ることから始めました。筋肉細胞では、ERと原形質膜 – 細胞の外膜 – は、定期的な接触部位で出会い、Junctophilinと呼ばれる分子によって制御される配置です。
高解像度のイメージングを使用して、研究者たちは、樹状突起がERと原形質の膜の間の接触部位を制御するジュンクトフィリンの形を含むことを発見しました。さらに、チームは、筋肉細胞の接触部位でのカルシウム放出を制御する同じ分子機構（カルシウムが筋肉収縮を駆動する）が樹状突起接触部位にも存在することを発見しました。
これらの手がかりのために、研究者は、細胞が通信するために使用するカルシウム信号を伝達するためにも樹状接触部位の分子機構が重要でなければならないという考えを持っていました。彼らは、樹状突起に沿った接触部位が電信機のリピーターのように作用する可能性があると疑っていました。これは、長距離にわたって信号を受信、増幅、伝播します。ニューロンでは、これは樹状突起の特定の部位で受け取った信号が数百マイクロメートル離れた細胞体に中継される方法を説明できます。
「その情報が長距離にわたってどのように移動し、カルシウム信号がどのように具体的に増幅されるかは不明でした」とベネデッティは言います。 「ERはその役割を果たすことができ、これらの定期的に分散された接触部位は空間的および一時的に局所的なアンプであると考えていました。このカルシウム信号を受け取り、このカルシウム信号を局所的に増幅し、このカルシウム信号を距離にわたって伝えることができます。」
研究者は、このプロセスが、ニューロン信号がカルシウムが接触部位に配置されている電圧依存性イオンチャネルタンパク質を介して樹状突起に入ると引き起こされることを発見しました。この最初のカルシウムシグナルはすぐに消散しますが、接触部位でERから追加のカルシウムの放出を引き起こします。
接触部位でのこのカルシウムの流入は、記憶に重要であることが知られているタンパク質であるCamkiiと呼ばれるキナーゼを引き付けて活性化します。 CAMKIIは、原形質膜の生化学的特性を変化させ、原形質膜に渡される信号の強度を変えます。
このプロセスは、樹状突起に沿ってずっと接触部位から接触部位まで続き、細胞体に至り、ニューロンはそれが他のニューロンとどのように通信するかを決定します。
新しい研究は、脳細胞のシグナル伝達の新しいメカニズムを明らかにし、ニューロンの長距離にわたって細胞内シグナルがどのように移動するかについての神経科学の未解決の問題に答えるのに役立ち、樹状突起の特定の部位で受け取った情報を脳で処理できるようにします。
また、シナプス可塑性の根底にある分子メカニズム、つまり学習と記憶を可能にする神経接続の強化または弱体化に光を当てます。分子レベルでこのプロセスを把握することで、脳が正常にどのように機能するか、およびアルツハイマー病のようにこれらのプロセスが失敗する病気での理解を高めることができます。
「私たちは、細胞内組織のレベルで動作する構造（美しい構造）が、神経系全体がカルシウムシグナルを操作する方法に大きな影響を及ぼしていることを示しています」と、Lippincott-Schwartz氏は言います。 「これは、科学を行う際に、美しい構造を見れば、まったく新しい世界にあなたを連れて行くことができる方法の素晴らしい例です。」
ソース：
ジャーナルリファレンス：
ベネデッティ、L。、 et al。 （2024）。周期的なER-plasma膜接合部は、樹状突起の長距離Ca2+シグナル統合をサポートします。 細胞。 doi.org/10.1016/j.cell.2024.11.029。
#新しい発見は信号伝達で脳と筋肉の細胞をリンクします