クロマトリシス
ニューロンのニッスル小体の溶解
この図は、正常なニューロンと、軸索損傷後に染色分解を起こしているニューロンを比較したものです。軸索損傷後に再生が起こる場合があります。

細胞神経科学において、クロマトリシス（chromatolysis）とは、ニューロンの細胞体にあるニッスル小体の溶解を指します。これは、通常、軸索切断、虚血、細胞毒性、細胞疲弊、ウイルス感染、下等脊椎動物における冬眠などによって引き起こされる細胞の誘導反応です。クロマトリシスの後には再生によるニューロンの回復が起こり得ますが、ほとんどの場合、アポトーシスの前兆となります。クロマトリシスの現象は、核が細胞の周縁部へと顕著に移動し、核小体、核、細胞体が大きくなることも特徴としています。 [1]「クロマトリシス」という用語は、1940年代に初めて使用され、核成分の緩やかな崩壊を特徴とする細胞死の観察形態（現在ではアポトーシスと呼ばれています）を説明するために使用されました。[2]クロマトリシスは、ニッスル物質が分解される神経細胞内の特定のアポトーシス過程を区別するための用語として今でも使用されています。

歴史

1885年、研究者ヴァルター・フレミングは、退化する哺乳類の 卵胞における死にゆく細胞について記述しました。細胞は、様々な段階のピクノティック・クロマチンを示していました。これらの段階には、フレミングが「半月形」で「クロマチンボール」、つまり大きく滑らかで丸い電子密度の高いクロマチン塊に似た構造として説明したクロマチン凝縮が含まれていました。他の段階には、細胞がより小さな小体へと分化することが含まれていました。フレミングはこの退化過程を、核成分の漸進的な崩壊を説明するために「クロマトリシス」と名付けました。彼が記述したこの過程は、現在では細胞死を説明する比較的新しい用語であるアポトーシスに当てはまります。[2]

フレミングの研究とほぼ同時期に、クロマトリシスは授乳中の乳腺と乳がん細胞でも研究されました。哺乳類の卵胞の退縮を観察した結果、有糸分裂による細胞増殖を相殺するために必要な細胞プロセスが存在すると主張されました。この時、クロマトリシスはこの生理学的プロセスにおいて主要な役割を果たすことが提唱されました。また、クロマトリシスは、発生過程における様々な臓器における必要な細胞除去にも関与していると考えられていました。繰り返しますが、これらのクロマトリシスの拡張された定義は、現在私たちがアポトーシスと呼んでいるものと一致しています。

1952年には、胚発生における細胞死の過程において、クロマトリシスが細胞の生理機能を変化させる役割をさらに裏付ける研究が行われました。また、クロマトリシスの間、ミトコンドリアの完全性が維持されることも観察されました。

1970年代までに、クロマトリシスの保存された構造的特徴が特定されました。クロマトリシスの一貫した特徴には、細胞質とクロマチンの凝縮、細胞の収縮、「クロマチンボール」の形成、正常な細胞小器官の損傷、そして細胞膜に囲まれた断片の出芽によって観察される細胞の断片化が含まれていました。これらの出芽断片は「アポトーシス小体」と名付けられ、この形態の細胞死を説明するために「アポトーシス」という名称が生まれました。これらの研究の著者は、クロマトリシスに関する古い文献をよく知らなかったため、基本的にアポトーシスをクロマトリシスと同一のプロセスとして記述していました。[2]

クロマトリシスの種類

脊髄前角の高倍率顕微鏡写真。ヘマトキシリン・エオシン染色を用いて、中心性染色融解を起こした運動ニューロンを可視化している。画像中の染色融解細胞は、腫大したように見え、内部の暗紫色の物質が欠落している細胞である。

中心性クロマトリシス

中心性クロマトリシスは最も一般的な形態のクロマトリシスであり、ニューロンの中心にある核の近くから始まり、その後、細胞膜に向かって周辺に広がるニッスル小体の損失または分散によって特徴付けられる。また、中心性クロマトリシスの特徴として、核がペリカリオンの周辺に向かって移動することがある。[3] [4] [5]他の細胞変化は、中心性クロマトリシスの過程で観察される。ニッスル溶解の過程は、ニューロンの細胞体の周辺に向かってはあまり明らかではないが、そこには正常に見えるニッスル小体が存在することがある。[1] 神経フィラメントの過形成が頻繁に観察されるが、程度は様々である。中心性クロマトリシスの間、オートファジー小胞とリソソーム構造の数が増加することが多い。ゴルジ体や神経管など、他の細胞器官にも変化が起こる可能性がある。しかし、これらの変化の正確な意義は現在不明である。軸索切断を受けたニューロンでは、核とそれに続く軸索丘の間の領域で中心性染色溶解が観察される。[6]

末梢クロマトライシス

末梢性クロマトーシスはそれほど一般的ではありませんが、特定の種では軸索切断および虚血後に発生することが報告されています。末梢性クロマトーシスは本質的に中心性クロマトーシスの逆であり、中心性クロマトーシスではニッスル小体の崩壊がニューロンの末梢で開始され、細胞核に向かって内側に広がります。末梢性クロマトーシスはリチウム誘発性クロマトーシスで発生することが観察されており、酵素活性の波は常に核周縁部、つまり核の周囲にある領域から細胞の末梢へと進行するという仮説を検証し、反論する上で有用となる可能性があります。[7]

原因

ニッスル小体とリポフスチンを含む脊髄運動ニューロンの軸索切断像。ピンク色の構造はニッスル小体、青と黄色の構造はリポフスチン顆粒である。運動ニューロンのクロマトリシスでは、これらのピンク色の構造は溶解する。[8]

軸索切断

軸索が損傷すると、ニューロン全体が反応し、軸索の再生に必要な代謝活性が高まります。この反応の一部には、クロマトリシス現象によって引き起こされる構造変化が含まれます。[9]軸索切断による核成分の肥大化は、細胞の細胞骨格の変化によって説明できます。細胞骨格は、ニューロンの細胞の核成分と細胞体のサイズを維持します。ニューロン内のタンパク質の増加が、この細胞骨格の変化につながります。例えば、クロマトリシスを起こしているニューロンでは、リン酸化ニューロフィラメントタンパク質と細胞骨格成分であるチューブリンおよびアクチンが増加します。[4] タンパク質の増加は、細胞骨格のサイズの増大によって説明できます。細胞体の細胞骨格の変化は、軸索損傷後の核偏心度の増大に関与していると考えられます。[1] [3]

軸索切断後の染色融解の発生に関する一つの仮説は、軸索の短縮により、損傷を受けたニューロンで形成される軸索細胞骨格の取り込みが阻害されるというものである。核偏心は、核と軸索丘の間に過剰な軸索細胞骨格が存在することに起因すると考えられ、これが染色融解を引き起こす。もう一つの仮説は、軸索細胞骨格タンパク質の阻害が染色融解を引き起こすというものである。[8]

軸索切断は、神経細胞の中心染色融解の際に好塩基性染色の消失も引き起こす。染色の消失は核近傍から始まり、軸索丘に向かって広がる。好塩基性縁は、染色融解によって細胞質骨格が圧縮されることによって形成される。[8]

アクリルアミド中毒

アクリルアミド中毒は、染色溶解を誘発する因子であることが示されている。ある研究では、ラットのグループに3、6、12日間アクリルアミドを注射し、 L5後根神経節のA細胞およびB細胞周核細胞を検査した。B細胞周核細胞に形態学的変化はなかったが、A細胞周核細胞は、それぞれ6日目および12日目のグループで、集団の11％および23％で染色溶解を示した。この研究の目的上、A細胞は核小体が大きく核の中心に位置する神経節ニューロンと定義され、B細胞は核の周辺に沿って多くの核小体が分布していた。アクリルアミド中毒は、組織学的および機械的に神経軸索切断に類似している。いずれの場合も、ニューロンは染色溶解を起こし、細胞体と軸索が萎縮する。また、両者とも、軸索から細胞体への栄養因子の輸送の減少により、軸索への神経フィラメントの送達が阻害されることに機械的に関連しているようです。[10]

リチウム

リチウムへの曝露は、ラットにおける染色分解の誘発法としても用いられてきた。この研究では、雌のルイスラットに数日間にわたり大量の塩化リチウムを投与した。三叉神経節および後根神経節を検査したところ、これらの細胞において末梢染色分解が認められた。細胞全体にわたってニッスル小体の数が減少しており、特に末梢細胞質ではニッスル小体が完全に消失していた。リチウムを末梢染色分解の誘発法として用いることは、その簡便性と核置換を起こさないことから、将来の染色分解研究に有用となる可能性がある。[7]

関連疾患

筋萎縮性側索硬化症（ALS）

筋萎縮性側索硬化症（ALS）患者の脊髄前角と運動ニューロンでは、中枢性染色溶解が観察されている。 [11] ALS患者では、染色溶解したニューロン細胞内に重大な変化が生じているように見える。[12] [13]これらの変化には、凝集した暗色のミトコンドリアとシナプス前小胞の密集体、神経フィラメントの束、シナプス前小胞の顕著な増加が含まれる。運動ニューロンの機能変化も観察されている。染色溶解性運動ニューロンの最も典型的な機能変化は、単シナプス興奮性シナプス後電位（EPSP）の大きさの大幅な減少である。これらの単シナプスEPSPは、ALS患者の染色溶解細胞でも延長しているように見える。前角ニューロンの機能変化は、特定の興奮性シナプス入力の除去をもたらし、ALS疾患の特徴である臨床的な運動機能障害を引き起こす可能性がある。[13]

アルツハイマー病とピック病

アルツハイマー病は、ニューロンとシナプスの死滅を伴う主要な神経変性疾患です。アルツハイマー病患者のニューロンでは、しばしばアポトーシスの前兆として染色分解が観察されています。染色分解細胞は、病理学的に類似したピック病でも観察されています。[14]最近の研究では、銅またはアルミニウム中毒に曝露されたラットの細胞で染色分解が観察されており、どちらもアルツハイマー病の発症に関与していると考えられています。[15] [16]

特発性脳幹神経細胞染色融解症

特発性脳幹ニューロン染色融解症（IBNC）として知られる神経変性疾患を持つ成牛の脳幹で、重度のニューロン染色融解が検出されている。牛のIBNCの症状は、狂牛病としても知られる牛海綿状脳症によって特徴付けられる症状と臨床的に類似している。これらの症状には、震え、筋肉運動協調の欠如、不安、体重減少などがある。 [17]細胞レベルでは、IBNCは脳幹と頭蓋神経 内のニューロンと軸索の変性によって特徴付けられる。この疾患はまた、脳内のプリオンタンパク質（PrP）の異常な標識付けと有意な相関関係にある。IBNCは、非支持性炎症と灰白質のさまざまな領域の海綿状変化を伴う、重度のニューロン、軸索、およびミエリンの分解によって特徴付けられる。海馬変性によるニューロンの有意な損失も観察されている。変性したクロマトリシスニューロンではPrPの細胞質内標識はほとんど見られなかった。[18]

アルコール性脳症

アルコール性脳症患者において、クロマトライシスが報告されている。中心性クロマトライシスは主に脳幹のニューロン、特に橋核と小脳歯状核に認められた。脳神経核、弓状核、後角細胞も影響を受けた。アルコール性脳症患者を対象とした研究では、中心性クロマトライシスの証拠が示されている。マルキアファーバ・ビニャーミ病および ウェルニッケ・コルサコフ症候群の患者では、軽度から重度の脊髄路変性が観察されている。いずれもアルコールに関連する脳症である。[19]

今後の研究

染色分解のメカニズムとシグナルは1960年代に初めて深く研究され、現在でもさらなる研究の価値がある。[9] [20]軸索切断は染色分解の最も直接的な誘発因子の一つであることは明らかであり、軸索損傷と染色分解を関連付ける特定の経路を解明するためのさらなる研究が行われれば、ニューロンの染色分解反応を停止させ、アルツハイマー病や筋萎縮性側索硬化症（ALS）などの変性疾患の有害な影響を軽減するための潜在的な治療法が開発される可能性がある。[20]

参考文献

  1. ^ abc Gersh, I.; IBodian, D. (1943). 「クロマトリシスにおけるいくつかの化学的メカニズム」. Journal of Cellular and Comparative Physiology . 21 (3): 253– 279. doi :10.1002/jcp.1030210305.
  2. ^ abc Stoica, Bogdan; Faden, Alan (2010). 「中枢神経系損傷におけるプログラム神経細胞死のメカニズム」.急性神経損傷. 第4巻. pp.  169– 200. doi :10.1007/978-0-387-73226-8_12. ISBN 978-0-387-73225-1。
  3. ^ ab Rees, E. (1971). 「クロマトリシス中の核小体変位．舌下神経核における速度論的研究」. J. Anat . 110 (Pt 3): 463– 475. PMC 1271057. PMID  5147307 . 
  4. ^ ab Goldstein, ME; Cooper, HS; Bruce, J; Carden, MJ; Lee, VM; Schlaepfer, WW (1987). 「ラット坐骨神経切断後の神経フィラメントタンパク質のリン酸化とクロマトシス」Journal of Neuroscience . 7 (5): 1586–94 . doi : 10.1523/JNEUROSCI.07-05-01586.1987 . PMC 6568824 . PMID  3106591. 
  5. ^ Chen, DH (1978). 「ネコのクロマト溶解脊髄運動ニューロンにおけるシナプス変位の定性的・定量的研究」. Journal of Comparative Neurology . 177 (4): 635–64 . doi :10.1002/cne.901770407. PMID  624794.
  6. ^ Torvik, A. (1976). 「中枢性クロマト溶解と軸索反応：再評価」.神経病理学および応用神経生物学. 2 (6): 423– 432. doi :10.1111/j.1365-2990.1976.tb00516.x.
  7. ^ ab Levine, Seymour; Saltzman, Arthur; Kumar, Asok R (2004). 「ラットにおけるリチウムを用いた三叉神経節および後根神経節ニューロンの末梢クロマトーシス法」Journal of Neuroscience Methods . 132 (1): 1– 7. doi :10.1016/j.jneumeth.2003.07.001. PMID  14687669.
  8. ^ abc McIlwain, David; Hoke, Victoria (2005). 「脊髄運動ニューロンにおける細胞体肥大、核偏心率の上昇、および染色体融解における細胞骨格の役割」BMC Neuroscience 6 19 : 16. doi : 10.1186/1471-2202-6-19 . PMC 1079867. PMID  15774011 . 
  9. ^ ab Cragg, BG (1970). 「クロマトリシスのシグナルとは何か？」脳研究23 ( 1): 21. doi :10.1016/0006-8993(70)90345-8. PMID  4919474.
  10. ^ Tandrup, T. (2002). 「脊髄後根神経節A細胞のクロマト溶解は急性アクリルアミド中毒における主要な構造変化である」. Journal of Neurocytology . 31 (1): 73– 78. doi :10.1023/A:1022531901090. PMID  12652089.
  11. ^ Martin, LJ (1999). 「筋萎縮性側索硬化症における神経細胞死はアポトーシスである：プログラム細胞死機構の可能性」Journal of Neuropathology and Experimental Neurology . 58 (5): 459– 71. doi : 10.1097/00005072-199905000-00005 . PMID  10331434.
  12. ^ 日下 秀之; 今井 剛; 橋本 誠; 山本 剛; 真矢 健; 山崎 正治 (1988). 「成人発症散発性筋萎縮性側索硬化症における染色質溶解性ニューロンの超微細構造研究」. Acta Neuropathologica . 75 (5): 523– 528. doi :10.1007/BF00687142. PMID  3376756.
  13. ^ ab 佐々木 昭一; 岩田 誠 (1996). 「筋萎縮性側索硬化症患者の前角ニューロンにおけるシナプスの超微細構造研究」Neuroscience Letters . 204 ( 1– 2): 53– 56. doi :10.1016/0304-3940(96)12314-4. PMID  8929976.
  14. ^ Ulrich, J; Probst, A; Langui, D; Anderton, BH; Brion, JP (1987). 「アルツハイマー型認知症および関連疾患の細胞骨格免疫組織化学．モノクローナル抗体を用いた研究」.病理学および免疫病理学研究. 6 (4): 273– 83. doi :10.1159/000157058. PMID  3129706.
  15. ^ Tanridag, T; Coskun, T; Hurdag, C; Arbak, S; Aktan, S; Yegen, B (1999). 「脊髄におけるアルミニウム沈着による運動ニューロン変性：光学顕微鏡的研究」. Acta Histochemica . 101 (2): 193– 201. doi :10.1016/s0065-1281(99)80018-x. PMID  10335362.
  16. ^ Joseph, J; Alleyne, T; Adogwa, A (2007). 「動物モデルにおいて、銅濃度のわずかな低下が中脳病変を引き起こす：ヒトへの影響」. West Indian Medical Journal . 56 (6): 481–6 . PMID  18646489.
  17. ^ Jeffrey, M; Wilesmith, JW (1992). 「特発性脳幹ニューロン染色融解症および海馬硬化症：牛海綿状脳症の臨床的に疑われる症例における新たな脳症」. Veterinary Record . 131 (16): 359– 362. doi :10.1136/vr.131.16.359 (2025年12月8日非アクティブ). PMID  1441151.{{cite journal}}: CS1 maint: DOIは2025年12月時点で非アクティブです（リンク）
  18. ^ Jeffrey, Martin; Perez, Belinda; Terry, Linda; González, Lorenzo (2008). 「特発性脳幹神経染色体融解症（IBNC）：牛の新たなプリオンタンパク質関連疾患？」BMC Veterinary Research . 4 : 1– 38. doi : 10.1186/1746-6148-4-38 . PMC 2569918. PMID  18826563 . 
  19. ^ Hauw, JJ; de Baecque, C; Hausser-Hauw, C; Serdaru, M (1988). 「アルコール性脳症におけるクロマトライシス．22症例におけるペラグラ様変化」. Brain . 111 (4): 843– 857. doi : 10.1093/brain/111.4.843 . PMID  3401686.
  20. ^ ab Hanz, Shlomit; Fainzilber, Mike (2006). 「損傷神経における逆行性シグナル伝達：軸索反応の再考」Journal of Neurochemistry . 99 (1): 13– 19. doi : 10.1111/j.1471-4159.2006.04089.x . PMID  16899067.
「https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=クロマトリシス&oldid=1326368418」より取得