軸索側枝形成におけるMAP7の役割のマッピング

神経細胞は多様で特徴的な樹状突起と軸索の形態を持っている。これらの構造の適切な発達は、正常な機能と連結性にとって不可欠である。実際、神経細胞の形態異常は、様々な神経生物学的および精神疾患と関連している（Luo and O’Leary, 2005）。軸索の多様な形態の形成は、成長する軸索が細胞外の手がかりに反応する能力に依存している。これらの合図は、軸索の旋回と分岐のために局所的な細胞骨格のリモデリングを誘導する（Armijo-Weingart and Gallo, 2017）

DRG感覚ニューロンの軸索の発達は非常に定型的であるため、軸索分岐のメカニズムを理解するのによいモデルとなっている。これらの感覚軸索は脊髄に入った時点で分岐し、娘軸索は前方または後方に伸びる。前方に伸びた軸索は、脳へ向かう感覚情報を伝達するために上昇する。さらに、上昇および下降軸索分岐は、脊髄内の背腹軸に沿って異なるラミナを神経支配するために、確立した軸索軸から形成される間質軸索コラテラルを生成する（Gibson and Ma, 2011）＜9455＞＜5373＞Tymanskyjら（2017）による最近の研究は、DRG感覚神経における軸索分岐を仲介するタンパク質を特定しようとしたものである。そのために、彼らは、側副枝が形成される前と後のDRGニューロンの転写プロファイルを比較した。微小管関連タンパク質7（MAP7）が側副枝形成後に強く発現していたことから、著者らは次に、初期および後期胚段階で採取した初代感覚ニューロン培養物に対するMAP7の過剰発現およびノックダウンの影響を検討しました。 MAP7を過剰発現させると、通常MAP7を発現していない若いニューロンで間質性枝の数が増加した。逆に、in vivoで分岐形成後に培養した高年齢の神経細胞でMAP7をノックダウンすると、in vitroでの間質性分岐が少なくなった。これらの実験から、MAP7は感覚ニューロンの間質性分岐に十分かつ必要であることが示された。

Tymanskyjら（2017）は、分岐形成の制御因子が、軸索の分岐が生じる領域に局在する可能性が高いと推論している。実際、著者らは、分岐点でMAP7が強く選好されることを見出した。新生枝は、微小管の侵入によって安定化した糸状体から形成されるため、分岐点へのMAP7局在のタイミングは、枝形成のタイミングとパターンを支配する役割を示唆するものである。そこで著者らはライブイメージングを行い、蛍光標識したMAP7はパイオニア糸状体には存在しないが、微小管に富んだ新しい枝には遅れて進入することを突き止めた。さらに、MAP7は長く安定した枝に優先的に局在することを見出した。これらの研究により、MAP7は枝の成熟に重要であるが、おそらく最初の枝の形成には重要ではないことが示された。

これらのin vitroの操作により、側枝形成におけるMAP7の役割が確立されたが、著者らは、MAP7タンパク質をC末端で切断したマウス変異体（MAP7mshi）によりこれを立証しようとした（Turner et al.） MAP7のC末端は、以前、キネシンと相互作用することが示されていた（Sungら、2008；Barlanら、2013）。したがって、Tymanskyjら（2017）は、これが軸索分岐のメカニズムであり、MAP7mshiニューロンはコラテラルが少なくなると推論した。驚くべきことに、MAP7mshiマウスから培養した感覚神経細胞は、対照動物の神経細胞と比較して、軸索分岐が劇的に増加した。このことは、先のin vitroの知見と合わせて、MAP7のC末端ではなくN末端が軸索の側枝形成の促進に不可欠であることを強く示唆している。しかし、MAP7のC末端を欠損すると、側副枝形成が増強されることがわかった。 C末端ドメインがN末端の機能を阻害し、C末端が欠損することで分枝が亢進するという説明もある。また、C末端を欠損した変異マウスでは、MAP7タンパク質が異常に多くなり、in vitroでのMAP7過剰発現と同様に軸索分岐が促進される可能性もある。 Tymanskyjら（2017）はin situ解析とRT-PCRを用いてMAP7mshi動物における切断型mRNAの存在を確認したが、同等のMAP7の発現量については不明である。したがって、C末端の正確な制御役割は、さらなる研究が必要である。

MAP7mshi動物からの重要な発見は、DRG感覚ニューロン投射の分析から得られたものである。感覚神経細胞は、皮膚や筋肉などの末梢の標的組織と脊髄の両方を適切に支配し、外部からの刺激に正確に反応するために、両領域に多くの軸索コラテラルが形成される必要があります。興味深いことに、MAP7mshiマウスは、対照動物に比べ、脊髄に分岐する軸索コラテラル数が増加していたが、前脚のコラテラル数は正常であった。 MAP7mshiマウスのDRG軸索の脊髄への異常な神経支配は、熱痛覚過敏と関連しており、DRG侵害受容器が適切な軸索形成にMAP7に依存していることが示唆された。 DRGニューロンの他のサブタイプがMAP7を必要とするかどうかについては、さらなる調査が必要である。 Tymanskyjら（2017）は、解離したDRGから感覚ニューロンの不均一な集団を培養したが、彼らはこれらの培養物に神経成長因子（NGF）を補充し、これは、ニューロンサブタイプのサブセット（すなわち、侵害受容器）のみに栄養因子を提供する（Lallemend and Ernfors、2012年）。他のDRGニューロンサブタイプ（例えば、自己受容器）は、NGFから栄養支持を得ないので、これらの培養物から除外された（LallemendおよびErnfors、2012）。侵害受容器と自己受容器の両方がMAP7に依存しているかどうかは、それらが異なる標的に投射していることから、特に興味深いことである。しかし、注目すべきは、Tymanskyjら（2017）が、（1）MAP7が濃縮された領域から枝のサブセットのみが出現し、（2）軸索に沿ったMAP7が濃縮された領域のサブセットのみが枝を生成し、（3）MAP7mshiマウスは中枢突起に分岐異常があるが末梢突起にはないことを見出したことである。

広範な研究により、アクチンパッチ形成、フィロポディアル出現、微小管の重合および脱重合などの細胞骨格事象の高度に制御されたシーケンスを誘発することによって、環境キューが軸索分岐形成を形作ることが示されている（Armijo-WeingartおよびGallo、2017）。微小管関連タンパク質（MAP）は、微小管の安定性と束縛に正または負の影響を与えることによって、細胞骨格の変化を媒介することができます（Armijo-Weingart and Gallo, 2017）。感覚枝の成熟におけるMAP7の新規な役割と同様に、以前の研究では、セルトリ細胞の微小管の安定性および精子形成におけるMAP7の役割を同定し、マウスにおけるMAP7の欠如は雄性不妊につながる（Komadaら、2000；Magnanら、2009）。逆に、Tymanskyjら（Tymanskyj et al., 2012; Barnat et al., 2016）は、MAP1Bが皮質および成体DRGニューロンにおける軸索分岐および成熟の負の制御因子であることを同定しています。これらの研究は、内在性枝の成熟プログラムが利用できる多様なタンパク質ツールボックスに光を当てています。このような分岐の形成や破壊を媒介する正と負の制御因子の競合を制御するものは何なのか、興味深い問題です。上述のように、Tymanskyjら（2017）は、MAP7mshiマウスが前足ではなく脊髄で異常な側枝を有することを見出し、これらの分岐枝が異なる環境の手がかりに応答することを示唆している。このようにMAP7の機能が中心ではなく、末梢の側副枝に限定されていることは、別の感覚ニューロンサブタイプである固有受容ニューロンにおいて、末梢ではなく、中心の神経支配にSADキナーゼが一方的に機能することを反映している（Lilleyら、2013年）。 Lilleyら（2013）は、SADキナーゼが長期・短期のニューロトロフィンの連続的な曝露により軸索を彫刻するというモデルを提唱している。固有受容神経細胞は、筋肉などの末梢の標的からニューロトロフィン-3の緊張性長期曝露を受け、SADキナーゼの発現をアップレギュレートする。このアップレギュレーションは軸索に内在する分岐プログラミングのためのプライミングを行うが、このプライミング経路は運動ニューロンなどの脊髄の標的ニューロンから短時間のニューロトロフィン-3曝露を受けた場合にのみ起動し、腹側脊髄に大量の分岐を誘導する（Lilleyら、2013年）。一方、他のニューロンサブタイプにおける軸索パターニングは、異なる細胞外からの合図によって支配されることがある。例えば、交感神経系はニューロトロフィン依存性の集団であり、軸索投射の際に2つの異なる神経栄養学的な手がかりに順次反応する。交感神経の軸索は、まず中間標的である血管に沿って成長し、血管は軸索伸長を促進するニューロトロフィンを分泌する（Kuruvillaら、2004）。しかし、最終的な神経支配を受けると、軸索末端は標的組織が産生するNGFに曝される。標的由来のNGFは、軸索の伸長を止め、分岐を促すシグナル伝達スイッチを誘導し、標的の広範囲な神経支配を可能にする（Suo et al.、2015）。おそらくMAP7依存的な分岐成熟も、（1）時間的・局所的に異なるパターンを持つ単一の軸索パターニングキュー、または（2）中間および最終標的からの異なる連続したキューのいずれかに依存するのだろう。興味深いことに、MAP7は胚性マウスの脳で発現しており、微細な遺伝子マッピング研究により、MAP7一塩基多型における統合失調症との有意な関連が示されている（Fabre-Joncaら, 1998; Torriら, 2010; Venkatasubramanian, 2015）。末梢神経系におけるTymanskyjら（2017）の発見に続き、MAP7と統合失調症との関連を解明するためには、脳における軸索枝成熟のMAP7制御を調べることが重要であろう。さらに、末梢神経系の発達にとどまらず、軸索側枝は神経系全体で必要とされ、適切な配線に不可欠である。これまでの研究から、微小管重合を促進する内在性細胞プログラムの活性化が、損傷後の軸索再生と枝分かれをポジティブに制御できることが示されています（Ruschel et al.）したがって、軸索の再成長のための潜在的な治療標的を見分けるために、今後の研究では、内在的な発生プログラミングを再活性化するためにMAP7に焦点を当てることができる。

Footnotes

編集注：最近のJNeurosci論文のショートレビューは、学生や博士研究員のみによって書かれており、論文の重要な知見が要約されて、さらに考察や解説が提供されています。ハイライトされた論文の著者がJournal Clubに対して回答を書いている場合、その回答はJournal Clubを閲覧することで確認することができます（www.jneurosci.org）。ジャーナルクラブ論文の形式、レビュープロセス、目的についての詳細は、http://jneurosci.org/content/preparing-manuscript#journalclubをご覧ください。
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通信はIrene Cheng,Department of Biology, University of Virginia, 1845 Candlewood Court, Charlottesville, VA 22903.ic5mz{at}virginia.Inc までお願いします。edu

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