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樹状突起フィロポディアは、主に発達中のニューロンの樹状突起に見られる小さな膜状の突起です。これらの構造はシナプス入力を受け取り、樹状突起棘に発達することがあります。樹状突起フィロポディアは、その一時的な性質により従来の顕微鏡技術で検出するのが難しいため、樹状突起棘ほど研究されていません。サンプルの準備によって樹状突起フィロポディアが破壊されることもあります。しかし、樹状突起の軸上のフィロポディアは他の種類のフィロポディア（樹状突起成長円錐に見られるフィロポディアも含む）とは異なり、刺激に対して異なる方法で反応する可能性があることが判明しています。[1]
構造
樹状仮足は細く、毛のような形をしている。長さが幅の2倍以上あると定義され、樹状突起棘に見られる球根状の頭部は見られない。仮足には細胞小器官がほとんどなく、主にアクチン細胞骨格要素で構成されている。シナプス接触は仮足の端だけでなく、全長にわたって起こる可能性がある。[2]
シナプス伝達における役割
樹状突起フィロポディアは、神経系の特定の領域におけるシナプスの場所である可能性がある。ラットの網膜神経節細胞などの一部の神経細胞タイプでは、樹状突起棘は存在しないため、これらの場合、シナプス形成は主に樹状突起の軸またはフィロポディア自体で起こることが示唆される。フィロポディアは、フィロポディアの長さに沿って、および先端の両方で隣接する軸索とシナプスを形成する可能性がある。 [2]樹状突起フィロポディアのシナプス活動は、その形態を変化させるか、樹状突起棘への変形を引き起こす可能性がある（棘への変形を参照）。
開発における役割
神経発達の初期段階では、樹状突起の幹には樹状突起フィロポディアが圧倒的に多く存在します。徐々に、フィロポディアの数はスパイン数の増加と一致して減少し始めます。[3] 最終的に、スパインが樹状突起の幹の主要な構造となり、フィロポディアはわずかになります。フィロポディアは、局所的なグルタミン酸のパルスに反応して成長するようで、樹状突起の分岐を方向付ける役割を果たしている可能性を示唆しています。
背骨への変形
樹状突起フィロポディアが樹状突起スパインに変化する様子は容易に観察できる。フィロポディアは樹状突起スパインの前駆物質であり、その一過性と運動性によってシナプスパートナーの選択が可能になるのではないかという説がある。シナプスパートナーの選択は、フィロポディア付近で検出されたシナプス活動に依存する可能性がある。樹状突起フィロポディア領域での局所的なグルタミン酸シグナル伝達はフィロポディア長の増加を引き起こし、グルタミン酸受容体を阻害すると樹状突起フィロポディアの数は減少する。[1]そのため、シナプス後細胞は樹状突起フィロポディアを使用して通過する軸索を検出する可能性がある。樹状突起フィロポディアと隣接する軸索との接触が確立されると、フィロポディアは収縮して頭部が膨張し始め、よりスパインのような形態をとる。この段階では、シナプスは成熟していると考えられ、より安定していると認識されます。
樹状フィロポディアが樹状スパインになる様子が観察されているが、その過程は不明である。研究によれば、フィロポディアはスパインになる前に複数の発達段階を経る可能性があり、ドレブリンなどの特定のタンパク質のクラスター形成はフィロポディアの成熟度を判定するのに使用できると報告されている。[3]成熟したスパインにはスパイン頭部にPSD95タンパク質が豊富に含まれており、PSD95はスパイン成熟度の指標としてよく用いられる。しかし、樹状フィロポディアはシナプス後密度タンパク質がなくてもスパインのような形態をとることができるため、フィロポディアからスパインが発生する主な過程はアクチンリモデリングであることが示唆される。スパインとフィロポディアの細胞骨格解析により、スパインのような形態は分岐したアクチンフィラメントの数が多いことに関連していることが明らかになっている。したがって、arp2/3 複合体および F-アクチンと相互作用するタンパク質がこの過程に関与しているかどうかが調査されています。糸状仮足は局所的なグルタミン酸濃度にも敏感であるため、樹状仮足のNMDA 受容体と相互作用するタンパク質もこの過程を制御する候補です。
シナプス可塑性における役割
研究によると、成熟した樹状突起上では、NMDARを介したシナプス活動が新しい糸状仮足の成長を促し、それが後に成熟したシナプス脊柱へと発達する可能性があることが示されています。 [4]この発見は、成熟したニューロンでも糸状仮足が成熟したシナプスの前駆細胞として機能する可能性があるため、シナプス可塑性における樹状突起糸状仮足の可能性のある役割を示しています。
病気における役割
樹状突起フィロポディアは特定の疾患において明確な役割を果たしていないが、自閉症スペクトラム障害患者の脳では異常に多くのフィロポディアが見つかっている。この高フィロポディア、低スパイン表現型は、フィロポディアがスパインに適切に成熟できないことが原因である可能性がある。遺伝子SHANK3の変異は、これらの障害患者の脳で見られる表現型と同様の表現型を引き起こすことがわかっている。[5]
参考文献
- ^ ab Portera-Cailliau C、Pan DT、Yuste、R。2003。活動制御による初期樹状突起の動的挙動：樹状突起フィロポディアの異なるタイプの証拠。J . Neurosci。23（18）：7129-7141
- ^ ab Fiala JC、Feinberg M、Popov V、Harris KM。1998。発達中の海馬CA1領域における樹状突起フィロポディアを介したシナプス形成。J . Neurosci。18（21）：8900-11。PMID 9786995
- ^ ab 高橋 浩、関野 勇、田中 聡、水井 孝、岸 聡、白尾 孝。2003。樹状突起フィロポディアにおけるドレブリン依存性アクチンのクラスタリングは、シナプス後密度-95のシナプス標的化と樹状突起棘の形態形成を制御する。J . Neurosci。 2003年7月23日;23(16): 6586-95。PMID 12878700
- ^ コーエン・コーリー、スサナ。2002年。「シナプスの発達：シナプス構造と回路の構築と調節」サイエンス 298 770-776。doi : 10.1126 /science.1075510
- ^ Durand CM、Perroy J、Loll F、Perrais D、Fagni L、Bourgeron T、Montcouquiol M、およびSans N. 2011。自閉症で確認されたSHANK3変異は、アクチン依存性メカニズムを介して樹状突起棘の形態の変化を引き起こす。分子精神医学。（2011）1-14