小野寺孝興 生命科学研究科博士課程学生、上村匡 同教授、碓井理夫 同講師らの研究グループは、神経細胞が痛みの情報を変換し伝播するメカニズムの一端を明らかにしました。ショウジョウバエの幼虫がもつ痛覚神経細胞（身体に傷害を与える刺激を受け取る神経細胞）を対象に研究した結果、SKチャネルという細胞膜に埋め込まれたタンパク質が神経活動の「波のうねり（発火頻度の変動回数）」を発生させるうえで重要な役割を果たしていることが分かりました。従来のシンプルな変換メカニズムとは異なる仕組みを明らかにする成果です。
本研究成果は、2017年10月16日に英国の学术誌「别尝颈蹿别」に掲载されました。
研究者からのコメント
左から、碓井讲师、小野寺博士课程学生
本研究の痛覚神経细胞の「波のうねり」の制御方式は、惊くべきことに、运动学习にかかわる小脳の神経细胞のものと类似しています。つまり、痛覚神経でも従来のシンプルな「波の高さ（発火频度の最大値）」による情报変换だけでなく、脳の神経で起こるような复雑な「波のうねり」による情报変换も起きていることが明らかになりました。この神経细胞は体の表层にあって直接観察できることから、脳の奥にあるために観察が难しい现象を、この痛覚神経を用いてより简便に调べることができる可能性があります。また、「波のうねり」を用いた情报変换メカニズムが、神経细胞や动物の种类を越えて普遍的に存在することが期待されます。
今后は、痛覚神経の「波のうねり」が、従来の「波の高さ」と区别されながら、下流の神経ネットワークの中でどのように読み取られているのかを解明することを目指します。
概要
动物は环境から多くの感覚刺激を受け取りながら、それらに适切に応じることで生活しています。特に、体を伤つける「痛みの刺激」への応答は动物の生存を大きく左右します。これまで、感覚情报の担い手は、それを受け取る神経细胞の活动の「波の高さ」によるのが鉄则と考えられてきました。一方、本研究グループは以前に、モデル动物であるショウジョウバエ幼虫の痛覚神経细胞において、神経活动の「波のうねり」が高温の感覚情报の担い手になり得ることを见出していました。しかし、その波のうねりのタイミングや回数がどのように制御されているかは不明でした。
今回の研究では、まず波がいったん急激に下がる瞬间に先立って、树状突起において细胞内のカルシウムレベルが上昇することを発见しました。次に、多数の候补の中から厂碍チャネルと呼ばれるイオンチャネルが、このカルシウム上昇を引き金として、2つの波の间の「くぼみ」を生み出すことを発见しました。この厂碍チャネルの発现を抑制すると、波のくぼみの生成が弱くなり、结果的には小さなうねりが多くできてしまうことがわかりました。また、この动物个体は、多くなった波のうねりに応じるように、高温の刺激から逃れる行动が鋭敏化しました。よって、痛みの情报が厂碍チャネルを介して波のうねりという信号に変换され、それが个体の痛みから逃れる行动を制御することが明らかとなりました。
図：痛みの情报変换メカニズム
痛覚神経细胞が强い痛みを感知すると、カルシウム依存性の厂碍チャネル（北风）によって神経活动の波のくぼみが生成され、波のうねりが増加する。このうねりが强い痛みの信号として、下流の神経ネットワークに伝播する。従来は波の高さのみが痛みの强さに影响を与えると考えられていた。
书誌情报
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Koun Onodera, Shumpei Baba, Akira Murakami, Tadashi Uemura, Tadao Usui (2017). Small conductance Ca2+-activated K+ channels induce the firing pause periods during the activation of Drosophila nociceptive neurons. eLife, 6, e29754.
- 京都新聞（10月28日 27面）に掲載されました。
