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神経回路形成過程の神経軸索の先端構造体である成長円錐は、細胞外環境を感知し自身の運動性を変化させることで軸索を遠隔の標的まで牽引する。多くの研究者により、成長円錐の運動性をコントロールする細胞外因子として、軸索ガイダンス因子等の生理活性物質が多数同定され、これらに応じた成長円錐の運動制御機構（走化性）の理解も長足の進歩を遂げている。その一方で、成長円錐の形態が基質の硬さにより影響を受けたり、成長円錐の前進運動に伴って軸索に張力が発生するといったように、発生期の軸索は様々な機械的刺激を受けている。本研究課題では、発生期の軸索や成長円錐が細胞外からの力を感受し形態変化に至るまでのシグナル伝達経路を同定し、神経回路形成における機械情報の重要性を明らかにすることを目標とした。
平成28年度は、神経軸索の形態・運動性に対する基質の硬さの影響を解析した。柔らかいゲル上にニワトリ胚脊髄後根神経節細胞を培養し、その軸索の長さを計測したところ、硬いガラス基質上の神経細胞と比較して有意に軸索伸長が遅くなった。すなわち、硬い基質は軸索伸長を促進することが明らかになった。
平成29年度は、機械受容チャネルPiezo1のアゴニストであるYoda1がガラス上・ゲル上での軸索伸長に与える影響を解析した。硬いガラス上における速い軸索伸長は、Yoda1により抑制される傾向があった。その一方で、柔らかいゲル上での遅い軸索伸長は、Yoda1により促進され、その軸索長はガラス上での軸索長と同程度であった。
これらの結果から、基質の硬さ依存的な軸索伸長は、機械受容チャネルPiezo1の活性化を介して促進されることが示唆された。また、Piezo1の過剰な活性化は軸索伸長に対して抑制的な効果を持つことも示唆された。
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