慶応大、微小な変化も可視化できる次世代生体内イメージング技術を開発

慶應義塾大学(慶応大)は、神経細胞を取り囲むように脳に存在するグリア細胞の突起で起こる微小なカルシウムシグナル(カルシウム濃度の変化)を鮮明に可視化できる手法を開発したと発表した。

同成果は、同大医学部 精神・神経科学教室の田中謙二 特任准教授、東京大学大学院医学系研究科 機能生物学専攻細胞分子薬理学分野の金丸和典 助教、同 関谷敬 助教、飯野正光 教授らによるもの。詳細は「Cell Reports」に掲載された。

グリア細胞の一種「アストロサイト」は、神経細胞の情報処理や脳血流の制御などの平常時の脳機能に貢献するだけでなく、神経変性疾患や脳梗塞といった病態の制御にも深く関わることが示唆されている細胞で、その活動の指標とされているのが細胞内カルシウムイオンの濃度変化(カルシウムシグナル)だ。

しかし、従来の観察手法は、生きた動物個体におけるアストロサイトのカルシウムシグナルを、細胞の中心部の構造である細胞体で観察するものがほとんどであったため、アストロサイト全体あるいは微細突起でカルシウムシグナルがどのような時空間動態を示すかは明らかになっていなかった。

今回、研究グループは、超高感度カルシウムセンサ「YC-Nano50」をアストロサイトのみに発現する遺伝子改変マウスを作製。同センサが発する蛍光により微細な突起を観察することに成功したという。

さらに、同マウスに生体内イメージング法を用いて、アストロサイトのカルシウムシグナルを測定したところ、動物の心拍・呼吸・運動といった生体内イメージング法では不可避なノイズの影響をある程度減らすことができることが確認されたという。

この結果、アストロサイトのカルシウムシグナルの新しい特性として、アストロサイトの微細突起に限局したカルシウムシグナルが多く、細胞体ではほとんど起こらないことを発見。このカルシウムシグナルは、夜空に瞬く星々を連想させることから「Ca²⁺ twinkle」と命名したとする。また、遺伝子改変マウス尾部を刺激した際のアストロサイトのカルシウムシグナルを観察した結果、アストロサイトの微細突起の先端部分から生じたカルシウムシグナルが徐々に細胞内部へと広がり、最後に細胞体に到達する様子を鮮明に可視化することに成功したという。

今回の手法について研究グループは、アストロサイトの活動の謎を解き明かすための極めて強力なツールとなると説明しており、今後のグリア細胞、ひいては脳のさまざまな生理機能や神経変性疾患・脳梗塞などの病理機能解明に光明をもたらすことが期待されるとしている。