末梢神経髄鞘化における新規シュワン細胞分化制御因子の探索

• Project/Area Number: 19J40281
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 48030:Pharmacology-related
• Research Institution: National Center of Neurology and Psychiatry
• Principal Investigator: 氏家 悠佳 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 疾病研究第五部, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: シュワン細胞 / 低酸素誘導因子 / 髄鞘 / 末梢神経 / 再髄鞘化 / グリア細胞 / ミエリン / 低酸素応答因子 / 髄鞘形成 / 核内転写因子

Outline of Research at the Start

神経系を構成する殆どの軸索はミエリンに覆われている。ミエリンが導線を包む絶縁体の役割を果たすことで神経細胞から出力された情報は標的細胞へ迅速かつ正確に伝えられる。末梢神経系では、シュワン細胞がミエリン形成を担う。哺乳類では神経堤細胞から生じたシュワン細胞は胎生中期以降に軸索へと遊走し，出生前後に活発にミエリン形成を開始する。ミエリン形成に至る過程ではシュワン細胞の分化が重要であるが、ミエリン形成の分子機構の全貌は明らかでない。ミエリン形成が活発な出生前後では胎児を取り巻く酸素環境は大きく変化することから、ミエリン形成における酸素環境の変化に着目し、シュワン細胞分化に関わる責任分子の探索を行う。

Outline of Annual Research Achievements

末梢神経の発達においてシュワン細胞は段階的な分化過程を経由して髄鞘形成に至るが、その詳細な分子機構は不明な点が多い。そこで、末梢神経髄鞘化に関わる遺伝子スクリーニングを行い、HIFに着目した。培養シュワン細胞において低酸素環境、通常酸素条件下において分解を免れるプロリン残基の変異体の過剰発現または薬剤によりHIF1αを安定発現するとシュワン細胞の分化およびin vitroの髄鞘化が促進した。髄鞘化が完成する生体期と比較して、末梢神経の髄鞘化が活発な発達初期の坐骨神経でHIF1α蛋白が安定的に発現していた。発達期の髄鞘化におけるHIF1αの直接的関与を調べるため、髄鞘化が進行するP0陽性シュワン細胞でHIF1αを欠損するcKOマウスを導入し、in vitro髄鞘化モデルを作製すると一過性の低酸素暴露によるHIF1α安定化による髄鞘化促進効果が認められなかった。予想に反して、cKOでは形態学的解析から発達期の末梢神経の髄鞘化には目立った異常は認められなかった。そこで、発達期の髄鞘形成の分子機構との類似が報告されている神経傷害後の再髄鞘化への影響を検討した。傷害後の坐骨神経ではHIF1α陽性シュワン細胞が豊富に存在していた。電子顕微鏡観察により、cKOマウスの傷害後坐骨神経では再髄鞘化の遷移期に見られる不完全な髄鞘軸索の発現頻度が高かった。感覚-運動神経の機能評価では、cKOマウスで機能回復の遅延が認められた。HIF1αの誘導因子を調べるため、低酸素領域を感知するプローブによる組織染色の結果、発達初期および傷害後の成体マウスの末梢神経においては、顕著なシグナルが検出された。以上より、発達初期や再髄鞘化期の髄鞘化が活発な時期では、組織中の酸素濃度の低下に応答してHIF1αがシュワン細胞で安定発現し、核内転写因子として髄鞘化に必要な遺伝子発現調節を行っている可能性が示唆される。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] In vitro myelination using explant culture of dorsal root ganglia: an efficient tool for analyzing peripheral nerve differentiation and disease modeling. (2023)
  • Author(s): Yurika Numata-Uematasu, Shuji Wakatsuki, Yuka Kobayashi-Ujiie, Kazuhisa Sakai, Noritaka Ichinohe, Toshiyuki Araki
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 18(5) Issue: 5 Pages: e0285897-e0285897
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0285897
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 低酸素応答による末梢神経ミエリン化制御 (2023)
  • Author(s): 若月修二、氏家悠佳、荒木敏之
  • Organizer: 痛み研究会 2022
  • Invited
• [Presentation] 脱髄性末梢神経障害に対する化合物スクリーニング解析 (2023)
  • Author(s): 氏家悠佳、平木啓子、若月修二、荒木敏之
  • Organizer: 第7回ミエリン研究会
• [Presentation] 低酸素応答機構による末梢神経髄鞘化制御 (2022)
  • Author(s): 荒木 敏之, 氏家 悠佳、 若月 修二
  • Organizer: 第6回 日本ミエリン研究会発表会
• [Presentation] Hypoxia-inducible factor 1 alpha promotes peripheral nerve myelination. (2021)
  • Author(s): Y. Ujiie-Kobayashi, S. Wakatsuki, T. Araki.
  • Organizer: V European Meeting on Glial Cells in Health and Disease.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] HIF1α regulates Schwann Cell differentiation in peripheral nerves. (2021)
  • Author(s): Ujiie Y, Wakatsuki S, Araki T.
  • Organizer: 第25回グリア研究会
• [Presentation] 低酸素応答因子HIFによる末梢神経髄鞘化制御 (2021)
  • Author(s): 氏家 悠佳, 若月 修二, 柴田 恵, 荒木 敏之
  • Organizer: 第43回日本疼痛学会
• [Presentation] 末梢神経再ミエリン化に対する低酸素誘導性転写因子の役割 (2021)
  • Author(s): 氏家 悠佳、若月 修二、荒木 敏之
  • Organizer: 第94回日本薬理学会年会