神経突起

神経突起または神経突起とは、ニューロンの細胞体から突出する突起のことです。この突起は軸索または樹状突起のいずれかです。この用語は、特に培養細胞など、未熟または発達中のニューロンについて話すときによく使用されます。これは、分化が完了する前に軸索と樹状突起を区別することが難しい場合があるためです。^[1]

神経突起の発達（神経突起形成）には、細胞外シグナルと細胞内シグナルの両方の複雑な相互作用が必要です。発達中の神経突起に沿ったあらゆる点には、周囲の空間のあらゆる方向から正と負の成長シグナルを検出する受容体があります。^[2]発達中の神経突起は、これらの成長シグナルをすべて合計して、神経突起が最終的にどの方向に成長するかを決定します。^[2]すべての成長シグナルが知られているわけではありませんが、いくつかは特定され、特徴付けられています。既知の細胞外成長シグナルには、正中線走化性因子であるネトリン、および神経突起成長の阻害剤であるセマフォリン、エフリン、コラプシンがあります。^{[2] [3] [4]}

若い神経突起は、多くの場合、微小管束で満たされており、その成長は神経成長因子（NGF）などの神経栄養因子によって刺激されます。 ^[5]タウタンパク質は、微小管に結合して微小管を切断するタンパク質から保護することで、微小管の安定化を助けます。^[6]微小管が安定した後も、ニューロンの細胞骨格は動的なままです。アクチンフィラメントは、軸索になる神経突起内で動的特性を保持し、微小管束を外側に押し出して軸索を延長します。 ^[7]ただし、他のすべての神経突起では、アクチンフィラメントはミオシンによって安定化されています。^[8]これにより、複数の軸索の発達が防止されます。

神経細胞接着分子N-CAMは、別のN-CAMと線維芽細胞増殖因子受容体と同時に結合し、その受容体のチロシンキナーゼ活性を刺激して神経突起の成長を誘導します。^[9]

^{NeuronJ（ImageJプラグイン） [10]} 、 Neuromantic ^[11]、Neurolucidaシステム^[12]など、画像内の神経突起の追跡を容易にするソフトウェアキットがいくつかあります。

弱い内因性電界は細胞体神経突起からの突起の成長を促進し、方向付けるために使用できます。中程度の強さの電界は、マウスとアフリカツメガエルの両方のモデルで神経突起の伸長を方向付け、強化するために使用されています。電気的に整列したグリア組織とニューロンの共培養も神経突起の伸長を方向付けます。これは、神経成長を促進する神経栄養因子が豊富であるためです^[要出典]。

培養された未分化の哺乳類ニューロンは、すでに成長した神経突起を収縮させます。^[14]培養されてから0.5～1.5日後に、いくつかの小さな神経突起が細胞体から突出し始めます。^[14] 1.5日目から3日目の間に、小さな神経突起の1つが他の神経突起よりも著しく成長し始めます。この神経突起は最終的に軸索になります。 4日目から7日目には、残りの小さな神経突起が樹状突起に分化し始めます。^[14] 7日目までに、ニューロンは完全に極性化し、機能的な樹状突起と軸索が形成されます。^[14]

生体内で成長する神経突起は、何千もの細胞外シグナルに囲まれており、これらのシグナルは何百もの細胞内経路によって調整される可能性があり、これらの競合する化学シグナルが生体内で神経突起の最終的な分化にどのように影響するかというメカニズムは正確には理解されていません。細胞体から突出する最初の神経突起が軸索になる確率は 60% であることがわかっています。 ^[14] 30% の場合、軸索になる運命にない神経突起が最初に細胞体から突出します。10% の場合、軸索になる神経突起が 1 つ以上の他の神経突起と同時に細胞体から突出します。^[14]小さな神経突起が、別のニューロンのすでに発達した軸索に触れるまで外側に伸びる可能性があると提案されています。この時点で、神経突起は軸索に分化し始めます。これは「タッチ アンド ゴー」モデルとして知られています。^[14]しかし、このモデルでは最初の軸索がどのように発達したかは説明できません。

軸索形成を誘導する細胞外シグナルは、少なくとも4つの異なる経路、すなわちRac-1経路、Ras媒介経路、cAMP-肝臓キナーゼB1経路、およびカルシウム/カルモジュリン依存性タンパク質キナーゼ経路を介して伝達されます。^[14]これらの経路のいずれかが欠損すると、ニューロンを発達させることができません。^[14]

ニューロンは、1つの軸索を形成した後、他のすべての神経突起が軸索になることも防がなければなりません。これは、全体的抑制として知られています。^[14]全体的抑制は、発達した軸索から放出され、他の神経突起に取り込まれる長距離負のフィードバック信号によって達成されることが示唆されています。 ^[15]しかし、長距離シグナル伝達分子は発見されていません。^[14]あるいは、軸索になる運命にある神経突起に軸索成長因子が蓄積することは、同じタンパク質をめぐって競合しなければならないため、デフォルトで軸索成長因子が枯渇することを意味していると示唆されています。^[16]これにより、他の神経突起は、軸索になるための軸索成長因子の濃度が不足するため、樹状突起に発達します。^[16]これにより、長距離シグナル伝達分子を必要とせずに全体的抑制のメカニズムが可能になります。

• レビー神経突起
• 単極性ニューロン

• E Meijering による神経突起検出の現状に関する記事
• NeuronJ 神経突起追跡プログラム
• Syndシナプスおよび神経突起検出プログラム