人間の脳は、キャンプファイヤーのパチパチという音から、信号が変わる瞬きまで、私たちを取り巻く世界を知覚し、処理する驚くべき能力を持っている。
これは「シナプス可塑性」（神経可塑性）と呼ばれる現象によるところが大きく、脳は外部からの刺激に反応して、神経細胞のつながり（シナプス）の構造や有効性を絶えず変化させることができる。
今日の神経科学者たちは、神経可塑性、特に学習と記憶に関連するものについては、まだ比較的限られた理解しか持っていない。
しかし、『Cell Reports』に掲載された「Focal clusters of peri-synaptic matrix contribute to activity-dependent plasticity and memory in mice」と題する最近の研究では、コンドロイチン硫酸と呼ばれる細胞外マトリックス分子の存在によって定義される脳の可塑性の新たなメカニズムについて述べられている。
コンドロイチン硫酸と神経可塑性
コンドロイチン硫酸は複合糖質分子の一種で、軟骨の主成分である。
コンドロイチン硫酸は関節に関連することが多く、関節痛や炎症を改善する経口サプリメントとして使用されることもある。
しかし、コンドロイチン硫酸は脳の細胞外マトリックスにも存在し、神経の可塑性、具体的には脳の情報獲得・記憶能力に重要な役割を果たしていることが知られている。
脳内に存在するコンドロイチン硫酸の円形クラスターはCS-6クラスターと呼ばれ、これはクラスターの分子組成を示す「コンドロイチン硫酸-6」にちなんでいる。
2017年まで、これらのクラスターの機能についてはほとんど知られていなかったが、神経科学者たちは、統合失調症を含む精神病性障害の患者の脳内にクラスターが著しく欠如していることに注目していた。
CS-6クラスターの機能を解明するために、研究者たちはより詳しく調べる必要があった。
CS-6クラスターの探求
Cell Reports』誌に掲載された最近の研究の背後にある研究チームは、CS-6クラスターの機能を調査する際に、ある特定の目標を掲げていた。
研究チームはまず、この構造を高解像度で可視化することから始め、クラスターが「基本的にCS-6でコーティングされたシナプスのクラスターであり、はっきりと認識できる幾何学的形状に組織化されている」ことを発見した。
研究チームは次に、行動学的、分子学的、精緻な形態学的アプローチを組み合わせてクラスターを分析した。
その時点で、研究チームは画期的なことに気づいた。CS-6クラスターに内包された結合は、脳内の電気的活動に反応して変化するのだ。
言い換えれば、クラスターは神経可塑性において重要な役割を果たしているのである。
神経可塑性と環境刺激
研究チームの研究プロトコルの最終段階は、空間学習と記憶を司る脳の領域である海馬におけるCS-6の発現を評価することであった。
CS-6の役割を評価するため、研究チームはCS-6のキャリア遺伝子をダウンレギュレートすることで、海馬におけるCS-6の発現を意図的に弱めた。
この時点で研究チームは、CS-6の存在がシナプス可塑性と空間記憶に必要であることを証明することができ、コンドロイチン硫酸が環境刺激の処理に重要な役割を果たしていることの理解が深まった。
「この研究は、脳の機能についての新しい考え方に道を開くものです」と、研究者たちは要旨で述べている。
「CS-6クラスター内の異なるニューロンに形成されたシナプスはすべて、特定の環境刺激に合唱的に反応する能力を持ち、学習と記憶のプロセスを目的とした共通の機能に関与している可能性があります」。
今後、研究チームは、多細胞レベルでの情報統合の評価を継続し、脳がどのようにしてわれわれを取り巻く世界を認識させているのかについて、より深い理解を解き明かす可能性がある。
現在進行中の研究は、精神疾患の治療から、より複雑な神経処理機能の理解まで、広範囲に影響を及ぼす可能性がある。
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