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中枢神経系の構築機構の全容を理解する上で、神経幹細胞がどのように運命決定を受けるのかを明らかにすることは学術的にも応用を考える上でも重要な分子基盤情報をもたらすと考えられる。本研究課題では今年度特に、神経幹細胞が枯渇することなく、ニューロンおよびグリアを生み出す性質を保持したまま増え続ける「自己複製」の仕組みを明らかにすることを目的に実施された。神経幹細胞が自己複製する際には、増殖が促進される仕組みと分化が抑制される仕組みの双方が連携していることが重要と考えられる。神経幹細胞のin vitro培養時にfibroblast growth factor 2(FGF2)が広く用いられることを背景に、神経幹細胞においてFGF2の下流のシグナル伝達経路のコンポーネントのいずれかから、ニューロンやグリアの分化を抑制するシグナルが派生すると想定して取組むことにした。これまでに既に、FGF2とWnt3aが作用し、双方のシグナルが相加的にGSK3betaの活性を抑制することでbeta-cateninのリン酸化による分解を阻害し、安定化したbeta-cateninの核への蓄積により、細胞周期制御因子cyclin D1の発現促進に至ること、および、beta-cateninを核内へ蓄積させる経路が、ニューロン分化抑制性に作用するNotchシグナル経路を増強することを見いだしていた。これに加えて今年度は、cyclin D1を神経幹細胞画分に強制発現させるとGFAP陽性アストロサイトの出現率が有意に抑えられ、神経幹細胞の自己複製に寄与することがわかった。このアストロサイト分化抑制の分子機構は現在解析中である。本研究で明らかにした神経幹細胞自己複製機構を示唆する知見はbeta-catenin分解を亢進させるGSK3betaの優性活性型変異体を神経幹細胞培養画分に導入すると自己複製の指標である二次ニューロスフェアー形成をほぼ完全に阻害することからも裏付けられた。この一連の研究で、神経幹細胞においてFGF2、Wnt、Notchのシグナルが相互作用し、増殖促進性に働く一方で分化抑制性に働くことで、自己複製に寄与することが明らかになった。
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