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NetScience Interview Mail 2003/12/04 Vol.256 |
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【粟崎健（あわさき・たけし）＠東京大学 分子細胞生物学研究所 細胞機能情報研究センター・高次構造研究分野】
研究：昆虫の神経発生
研究室ホームページ：http://jfly.iam.u-tokyo.ac.jp/lab/
○昆虫が幼虫から蛹を経て成虫になると、幼虫のときとは食べ物はもちろん、行動様式も全く変わってしまいます。芋虫が羽を生やしていきなり空を飛び、これまで食べたことのないものを食べ、生殖活動を行うようになります。蛹のときに、昆虫の脳ではいったい何が起こっているのでしょうか。おそらく、ダイナミックな神経系の再編成が行われているに違いありません。それは昆虫だけの特別な性質に過ぎないのでしょうか。そんな疑問を抱えて、昆虫の変態時の神経系の様子から、神経系の不思議に迫ろうとする粟崎健さんに話を伺いました。
これまでにも本誌では昆虫に関するインタビューをたびたび行ってきました。合わせて読み直して頂ければ幸いです。（編集部）
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[06: 神経回路を作り換えるときには、既存の回路を壊すことが必要] |
■まあ、さっき言ったことの重複になっちゃいますけども、神経回路が「作り換えられる」という現象ですが、記憶とか学習に伴ってダイナミックに作り換えられるという現象はあんまり知られてないんです。あるのかないのかまだ謎の部分も多いですし、ただ、あるとしても、そんなにダイナミックじゃないでしょう、局所的なものだろうと。あるものはリファインメントと呼ばれているような、ファインチューニングみたいなもんですね。
○ええ。
■一番よく知られているのはネコの話で、Visual Cortex、脳のなかの視覚野には、目からの刺激を伝えるニューロンが投射しています。そのニューロンは、生まれたときにはかなり広いところに投射するんですが、成体になってくると非常に局所的になってくる。おそらく光の刺激に応答して変化しているんです。
○はい。
■全体でみると、多数のニューロンがそれぞれ広い領域に投射することでオーバーラップして投射している。それが成熟してくると、それぞれは限局した領域にしか投射しなくなっている。明らかに、最初にあった神経投射がなくなっていくわけです。光が見えないネコとかを使うと、投射がそのまま残っちゃいますから、活動に応じて変化しているわけです。ある場所に投射が集中していく。すなわち、いらない枝は落とされていく。それである場所に限局して投射していくようになる。
ま、ある意味ではこれも作り換えの一つ。形態的な、可塑的なものだと。これはよく例として使う人は多いんです。その評価はまちまちですが。まあこれくらいしか例がないというのも事実です。
○ええ。
■マウスの例ですけども、視覚野と運動野で生まれた神経細胞は最初同じような経路で軸索突起を伸ばしていく。それから側枝を作っていく。最初、発生過程のあるところまでは見分けがつかない。だけど本当の神経回路を作るっていうときには、いらない神経突起をなくすんですね。枝をなくしたり、軸索をなくしたり。そのことで視覚野はこういうパターンで、運動野はこういうパターンで、とそれぞれ特異的になっていくんです。
これもある意味では作り換えが起こっている。だからポテンシャリーには作り換えが起こる。ただ、発生過程でだったらトライアンドエラーだったり、しかもローカル、ファイン・チューニングに近い形。これは発生に組み込まれている。
これを広げていくことで、神経回路っていうのは局所的に作り換えられる。そのことによって機能的な神経回路になるんだったら、最初はラフにつくっておいて、それからファインチューニング、再編成することで作り換えられていく。そういうことで機能的なものができるんだろうと。
○はい。
■それで実際に、このなかで神経回路が作り換えられるとして、何が重要だろうか。どういう現象に注目すればいいんだろうか。
あったりまえなんですけども、作り換えるということには二つのファクターが必要です。一つは壊す。一つは新しくする。
○うん。
■それを同時にやるか、順次にやるか。ちょっとやってこっちをやってという形でやってるか、その違いだけだろうと。単純に考えればそうですよね。絶対に今まであったものを壊して、何かを付け足すということで、絶対に壊すことと付け足すことに分けられるはず。壊すだけでも作り換えることできますし、増やすだけでも作り換えとも言えるんですが、ダイナミックにするときにはその二つを組み合わせているだろうと。
「作る」ということそのものはね、神経発生そのものが「作る」ですから、みんなそこはずっと注目してきている。
だけど壊すっていうメカニズムはあまり知られてないんですよね。ここ５年くらい、いろんな人が興味を持ち始めているんですが、いろいろやっぱり想像、ものをつくっていく過程はどうなっていくんだろうというには興味をもっていたけれども、機能的なものにするには、作ったものをちゃんと壊してやるっていうことが非常に大事だと。これはモレキュラーのレベルの人たちが言い出し始めたんです。
○ああ、はい。アルツハイマーとかプリオンとかもそうですもんね。
■ここ数年くらい、ユビキチン−プロテオソーム（蛋白質分解酵素）っていったところ−−作られた、できたタンパクがそれだけで機能的ですかっていうと、できたタンパクも変性もするし、ダメになるし、機能しなくなったタンパクをリサイクルして、ちゃんと壊していかなかったら系なんてちゃんと動かないんだと。それが何となくみんな分かってきた。
実際のところは技術が進んで、そこまで目がいく、計測できるようになってきたということですね。
じゃあ壊すっていうのは、ゴミを壊すなんていうものじゃなくて、もっと積極的な役割があるんじゃないかと。ちゃんと壊していって、いらなくなったものを排出してやらなくちゃいけない。
○ええ。
■寿命だってそうです。どうも老化のプログラムは−−老化っていうのはプログラムされてて、ある時期になると老化をはじめて殺すようになってるんじゃないかと考えられています。
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[07: 変態時におけるキノコ体の変化] |
■壊すっていうことは、全体的な生命現象においてはどうやら非常に大事なんだということを色んな人の仕事から学んできて、この場合はやっぱり壊すことが重要なんだろうということで。じゃあどうやって壊すんだということに仕事を集中していこうと考えました。
○はい。
■僕が見つけたわけじゃないんですけど、これだと思った系があって。
ショウジョウバエのなか、昆虫一般にあるんですけども、脳の「キノコ体（mushroom body）」って呼ばれる神経細胞の写真なんです。
○学習に関わるとか嗅覚に関わるとか昆虫の脳における高次中枢だとか言われている部分ですね。社会性昆虫だと大きいとか。
（キノコ体について：
例：http://www.biology.tohoku.ac.jp/laboratory/detail/microbrain.html
http://biology.shinshu-u.ac.jp/sakaguchiHP/ken/fly5.html
ほかを参照）
■そうです。脳のうしろのほう、三齢幼虫の脳の後ろのほうに細胞体があって、そこから前へ枝を伸ばしているんですね。途中で分岐して樹状突起の領域を作ってます。
それで前に伸ばして、二方向に分岐してます。縦方向と横方向に。ここに「プレシナプス」と呼ばれているアウトプット領域がコンデンスしています。これが幼虫の形。
○プレシナプス？
■ポストシナプスに対してプレシナプス。
○ああ。シナプス前膜、シナプス後膜ですね。
■そう。要は出力ですね。
問題はキノコ体ですが、８００個くらい細胞がある。これが束になっている。蛹に入って、時間と共に−−これは完全にプログラムされていると思います。どの個体をとってもあまりブレませんから−−蛹期、１８時間くらいに枝がなくなるんですよね。
○蛹になると、伸ばしていた軸索が消えていくんですね。ふーーん。
■それで２４時間になると、横方向だけに伸び直していく。
○ほほう……。
■で、成虫になると全然違う神経回路になる。
これ、問題は細胞は死んでないってことなんですね。前にいた細胞を殺して、違う細胞がビーって来るわけじゃなくて、いわば、手の一部を切ってやって、また一部を伸ばしているような感じなんです。もちろん切断ではなくて退縮でもいいんですが。作り換えが起こっている。
まさに、非常にしょぼいかもしれないけど、作り換えの一端を見ているに違いないだろうと。
○ええ。非常に面白いですね。
■これが９９年か９８年に出た研究で、これをやりたかったんです。
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[08: 軸索伸張に関わる遺伝子のひとつ「Trio（トリオ）」] |
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○細胞骨格の制御に関わっているものですね。
■そのうち「Rho」は軸索伸張に関してはリトラクションなんですよ。退縮。もう片方、「Rac」はイクステンション、伸張に関わっている。で、これが活性化することで軸索を伸ばしたり、縮めたりしているというパラダイムが展開されていたんです。
○はい。
■スモールＧタンパク質っていうのは、「ＧＤＰ／ＧＴＰイクスチェンジ」って言って、ＧＤＰと結合していることが知られていて、インアクティブ、非活性型で、ＧＴＰと結合しているとアクティブフォーム、活性型なんです。
このとき、このＧＤＰ型とＧＴＰ型を制御する、すなわち非活性と活性をコントロールする分子であることが知られてました。
○ふむ。
■で、この活性を制御している分子こそが、軸索を縮めたり伸ばしたりっていうのをコントロールしているだろうということをみんなが考えていた。その一つに「ＧＥＦ（ジェフ）」って呼ばれている、GDP/GTP exchange factor（GDP／GTP交換因子）っていうのもある。
○なるほど。
■それでその「ＧＥＦ」ファミリーを片っ端から取ってきて、ショウジョウバエの神経の発生過程で発現しているものを探してくる。それをノックアウトしてやれば、in vivoで、これまではたいていのものがお皿の上でやっていたvitroの実験でしたから、vivoで、その、これの制御が、神経の軸索伸張に本当に有効かどうか確かめられるだろうという仕事をやっていたんですね。
○それで？
■そこで同定したのが「Trio（トリオ）」という遺伝子でした。ちょっと変わった名前なんですけども。
○どうしてトリオなんですか。
■これはヒューマンではもう見つけられてまして、３つの異なる酵素活性を持った領域があるっていうことで「トリオ」なんですね。ショウジョウバエのほうはそれのホモログで、二つしか酵素活性部位がないから本当はトリオじゃないんです（笑）。
ただ、同じことを考えている人たちがいてね。同時に４研究室からクローニングされたんですね。僕は最初「ドリオ」っていう名前をつけたんですけども却下されました。ヒューマンはトリオ、ショウジョウバエではドリオだとかいうのはやめたいと。ヒューマンでトリオなんだからショウジョウバエでもトリオと呼ぼうということになったんですね。
○ふむふむ。
■で、そのときの面白いトピックスは、GEFっていうドメインが一つの遺伝子のなかに二つあった。
これは僕らがやった仕事じゃないんだけど。相同性しか分からないんですけど、何を基質とするGEFかと、調べたら、このなかの一つのGEFは、Racを基質としていて、もう片方はRhoを基質にしていた。
RacとRho、二つに対する制御領域を、一つの分子が持っている。これは何を意味するんだろうか。
○ははあ……。
■さっき言った仕事が頭にありましたから、一つの遺伝子が、軸索を伸ばしたり縮んだりを制御しているんじゃないかと。僕はそう思ったわけです。
○はい。
■だからキノコ体を調べたいわけです、僕は。キノコ体の場合、Racだけを活性化することで最初は軸索を伸ばしてやって、次にRhoを活性化させることで軸索を退縮させればいいだろうと。それでこれは神経のリモデリングには、もってこいの分子だということでやってみたわけです。
○どうだったんですか。
■うん、答えから言うと、そういう効果は認められなかった。少なくとも伸張に関してはこの遺伝子をノックアウトしてやれば効果があるんですけども、たとえば本来このくらい伸びるはずのものがあまり伸びなかったりと。
だけども、その後、蛹期の１８時間とかになると、ちゃんと軸索の枝は落とされている。だから、この分子は軸索を引っ込めるために効いていたわけではなかったらしいと。
○なるほど。
■ただ、強いていうと、樹状突起の「過剰伸張」という表現型があって、樹状突起にはどうもこの分子の機能は必要らしいんだけど。
まあ、思い描いたのはそういうストーリーだったんだけど、それは果たせなかったと。
○そうなんですか。
○次号へ続く…。
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◇『相対論的宇宙論 ブラックホール・宇宙・超宇宙』（佐藤文隆、松田卓也／講談社ブルーバックス）
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◇『サイバージャーナリズム論 インターネットによって変容する報道』（前川 徹、中野 潔／東京電機大学出版局）
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◇『我が妻との闘争 極寒の食卓編 パソコン大好き夫の負けっ放し奮戦記』（呉エイジ／アスキー）
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◇『インターネットは民主主義の敵か』（キャス・サンスティーン／毎日新聞社）
http://www.bk1.co.jp/cgi-bin/srch/srch_detail.cgi?aid=p-moriyama0044&bibid=02387948
http://www.amazon.co.jp/exec/obidos/ASIN/4620316601/sfsciencebook-22/
◇裳華房 自然科学系の雑誌一覧−最新号の特集等タイトルとリンク−
http://www.shokabo.co.jp/magazine/
■イベント：
◇脳の世紀シンポジウム「脳に学んだ情報処理手法の開発に向けて」
http://unit.aist.go.jp/neurosci/japanese/h15-neurosci-symp.html
12/20（土）10時から夕方６時まで。
早稲田大学理工学部 (大久保キャンパス) 55号館S棟 第三会議室 (予定)。
主催は産総研 脳神経情報研究部門、同 知能システム研究部門、同 人間福祉医工学研究部門。
共催は早稲田大学 先端バイオ研究所 脳機能工学研究センター。申し込み不要。
◇共同 リウマチ講演会
http://kk.kyodo.co.jp/iryo/news/1125riumachi.html
１２月１３日（土）午後１時−４時半、東京・大手町のサンケイプラザ
◇裳華房 2003年 学会主催一般講演会・公開シンポジウムなど
http://www.shokabo.co.jp/keyword/2003_openlecture.html
◇裳華房 研究所等の一般公開
http://www.shokabo.co.jp/keyword/2003_openday.html
■ U R L ：
◇毎日 情報収集衛星：Ｈ２Ａ６号機打ち上げ失敗 地上指令で爆破
http://www.mainichi.co.jp/news/selection/20031129k0000e040051001c.html
◇毎日 ぼけ予防：歯が減ると脳も萎縮 東北大グループ
http://www.mainichi.co.jp/news/selection/archive/200311/25/20031125k0000m040102000c.html
◇毎日 産業用ロボ「モートマン」、累積出荷台数10万台に
http://www.mainichi.co.jp/digital/computing/archive/200311/26/4.html
◇毎日 東大大学院と国立天文台、世界最速コンピューター開発
http://www.mainichi.co.jp/digital/computing/archive/200311/26/6.html
◇毎日 米ザイブナーと北京航空航天大、ウエラブル技術で提携
http://www.mainichi.co.jp/digital/computing/archive/200311/26/7.html
◇毎日・［挑む］研究者たちの素顔／１８ 国立極地研究所長・渡辺興亜さん（６４）
http://www.mainichi.co.jp/eye/feature/details/science/idomu/01/1122.html
◇毎日 電子自治体化進む東京都 市町村の消極性目立つ中
http://www.mainichi.co.jp/digital/coverstory/archive/200311/25/1.html
◇毎日 東京・秋葉原で公衆無線LAN ネット接続可能に
http://www.mainichi.co.jp/digital/network/archive/200311/25/6.html
◇朝日 Ｈ２Ａ失敗、外国通信社が至急電 「中国と対照的」
http://www.asahi.com/international/update/1129/010.html
◇読売 国際宇宙ステーションで衝撃音、衝突痕なく「？」
http://www.yomiuri.co.jp/science/news/20031129i105.htm
◇読売 ＢＳＥ発生国からの牛受精卵、条件付き輸入再開へ
http://www.yomiuri.co.jp/science/news/20031128i105.htm
◇読売 リウマチの原因物質「シノビオリン」見つけた
http://www.yomiuri.co.jp/iryou/news_i/20031125so12.htm
◇読売 骨髄の幹細胞で心筋再生
http://www.yomiuri.co.jp/iryou/news_i/20031125so11.htm
◇読売 妊婦のＨＩＶ急増
http://www.yomiuri.co.jp/iryou/news_i/20031125so13.htm
◇日刊スポーツ 30研究室以上で死亡胎児を利用
http://www.nikkansports.com/ns/general/f-so-tp0-031124-0013.html
◇日経 慶大、家庭の情報化支援――ＩＣタグで登録・管理
http://it.nikkei.co.jp/it/sp/ictag.cfm?i=2003112508507wf
◇日本工業新聞 資生堂、シリコーンを「超分子技術」用いてゲル化
http://www.jij.co.jp/news/chemical/art-20031126192314-NVGMJJYKOD.nwc
◇日本工業新聞 1日で卵巣がん判定、独協医大がタンパク質チップ使った新手法
http://www.jij.co.jp/news/bio/art-20031125220403-MSMYKQYSWG.nwc
◇ZDNet 犬を超える“臭覚”を持つ危険物探知デバイス
http://www.zdnet.co.jp/news/0311/25/xert_dog.html
◇ZDNet 実用段階に到達？オートノミックの最前線
http://www.zdnet.co.jp/news/0311/25/nj00_ibmauto.html
◇ZDnet “クローン携帯”で初提訴へ
http://www.zdnet.co.jp/news/0311/25/njbt_01.html
◇ZDNet 東京ガスのIT住宅を見てきました
http://www.zdnet.co.jp/broadband/0311/21/lp24.html
◇ZDnet 脚光を浴びるRFID、可能性とその課題
http://www.zdnet.co.jp/enterprise/0311/21/epn22.html
◇HotWIRED 進化する宇宙食：レストラン顔負けの味を軌道上で
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20031125303.html
◇HotWIRED RNA干渉(RNAi)に大きな期待を寄せるバイオ業界
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20031125304.html
◇HotWIRED 世界のゲーム機市場、大幅縮小――インスタット調査
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20031125105.html
◇HotWIRED 65歳以上のネット・ユーザーが25％急増
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20031125106.html
◇HotWIRED 世界的に普及が進む、バイオディーゼル
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20031127105.html
◇HotWIRED 『セグウェイ』にライバル出現？ 一輪で走行する『エンブリオ』
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20031201301.html
◇HotWIRED 遠距離恋愛の味方？ キッチンテーブルに互いの日用品の画像を送る技術
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20031201302.html
◇HotWIRED 幹細胞移植を受けたばかりの遺伝病の4歳児が死亡
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20031201307.html
◇HotWIRED 新薬開発などで脚光を浴びる海洋資源
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20031201308.html
◇海洋科学技術センター 国際海洋環境情報センター（GODAC）珊瑚礁ネットワークWebシステム
http://coral.godac.jp/
◇大阪市市民局 平成15年度市政モニター第1回電話アンケート ロボット産業の振興について
http://www.city.osaka.jp/shimin/shingikai/03/heisei15/tel01.html
◇ASCII24 ロボット、グリッド研究、真空管作り〜サイエンス好きの今どき高校生たち
――“第1回 ジャパン・サイエンス＆エンジニアリング・チャレンジ”の最終審査が開催
http://ascii24.com/news/i/topi/article/2003/11/26/647074-000.html
◇CNN 日替わり天文写真、サイトと本が世界的ブーム
http://www.cnn.co.jp/science/CNN200311300002.html
◇Nature BioNews 医学 ：母乳育児は母体にも利点 ラットでは母乳育児が母体の創傷治癒を速める
http://www.appliedbiosystems.co.jp/website/SilverStream/Pages/pg33A1.html?NTNEWSCONTENTSCD=77565
◇Nature BioNews 脳 ：右のみぞで「ににんがし」 計算不能症の原因領域を絞り込み
http://www.appliedbiosystems.co.jp/website/SilverStream/Pages/pg33A1.html?NTNEWSCONTENTSCD=77566
◇Nature BioNews 行動 ：ホルモンが結ぶ信頼の輪 人間を親しくさせる化学物質
http://www.appliedbiosystems.co.jp/website/SilverStream/Pages/pg33A1.html?NTNEWSCONTENTSCD=77568
◇Nature BioNews 脳 ：統合失調症の原因解明の鍵となるタンパク質の特定 覚せい剤や幻覚剤は同じ経路で精神を変調させる
http://www.appliedbiosystems.co.jp/website/SilverStream/Pages/pg33A1.html?NTNEWSCONTENTSCD=77570
◇MYCOM PC Web 海の底でデジタル機器を操る潜水調査船パイロット
http://pcweb.mycom.co.jp/digitable/interview/2003/123/
◇JAXAキッズ これがRVT-9だ！
http://kids.jaxa.jp/news/2003/ex10_rvt9_j.html
◇ＪＳＴ。血小板の減少・増加に伴う疾患治療薬への期待 〜巨核球から血小板が作られるメカニズムの解明〜
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20031201/index.html
◇PC Watch・森山和道の人と機械の境界面 未来の車は多足多輪？ 「ハルキゲニア・プロジェクト」発表
まるでスケボーに乗った王蟲−8本の足で自由自在な機動性
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/2003/1127/kyokai18.htm
◇科学技術者のための総合リソースガイド・NetScience
http://www.netscience.ne.jp/
＊ここは、科学に関連するイベントの一行告知、URL紹介など、
皆様からお寄せいただいた情報を掲示する欄です。情報をお待ちしております。
基本的には一行告知ですが、情報が少ないときにはこういう形で掲示していきます。
なおこの欄は無料です。
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