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発生期の神経細胞が伸ばす軸索先端の成長円錐は、細胞外の軸索ガイダンス因子を感受して自らをスクラップ＆ビルドすることで正しい経路選択を行う。申請者はこれまでに、「エクソサイトーシスとエンドサイトーシスによる軸索ガイダンス制御」という新概念を提唱・証明してきた。本申請課題では、申請者らが自ら開発した次世代型高速超解像顕微鏡法と新規光遺伝学ツールを駆使することで、成長円錐のスクラップ＆ビルドを担う細胞内局所膜交通（membrane traffic）の動態を「精密に観て、操作する」ことでその全貌の解明に迫ることを目標としている。
令和2年度は、まずcompartmentalized culture chamberを用いた実験により、神経細胞の軸索に存在する局所膜交通経路が軸索伸長に重要であることを示した。さらに、RUSHシステムを用いて、N-cadherin、TrkA、TrkB、BDNFといった神経細胞に特異的に発現する積荷タンパク質の細胞内輸送を可視化した。小胞体で合成されたこれら積荷タンパク質が、成長円錐に存在するゴルジ画分を経由した後にVAMP2陽性分泌小胞に取り込まれ、最終的に成長円錐の表面へと運ばれてゆく様子が可視化された。興味深いことに、積荷の種類によって、小胞体内での分布が異なることも明らかになった。さらに、光で積荷輸送を制御する光遺伝学ツールの開発がさらに進み、まだ予備実験段階ではあるが、積荷輸送や神経軸索の伸長を実際に光でコントロールすることが出来始めている。今後の更なる研究の発展が期待される。
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