私たちの研究の背景

成体の脳の大部分ではニューロンは生まれていません。しかし、海馬と呼ばれる脳の部位では、例外的にニューロンが新しく生まれています。海馬は記憶・学習の成立に重要な役割を果たしている部位であると同時に、てんかん、脳虚血などで障害を受けやすい部位でもあります。成体海馬のニューロン新生は、記憶・学習や神経疾患と深く係わっていると考えられています。

私たちの現在の研究

海馬でニューロン新生が続いているのは、顆粒細胞層と呼ばれる部位です。この部位が胎生期にどのようにして形成されて、ニューロン新生が成体期までどのようにして続くのかを研究しています（上図は胎生期海馬の顆粒細胞層の形成過程を示しています）。また、てんかんモデル動物を用いて、けいれん発作によって誘導される異常なニューロン新生についても研究しています。　

ほぼ１００年間、成体の脳ではニューロンは決して新生しないと信じられてきました。しかし、1990年代後半になってこの考え方は完全に否定され、現在では、ヒトを含めた哺乳類の脳の一部では、ニューロンの新生が一生続いていることが証明されています。

　ニューロンの新生が続いている特別な脳の部位は、2箇所ありますが、そのひとつは海馬と呼ばれています。海馬は記憶や学習の成立と深くかかわっている部位なので、現在、成体海馬のニューロン新生と記憶・学習の関係が盛んに研究されています。また、てんかん、虚血、精神疾患などによって、海馬のニューロン新生率が変化することから、脳の障害とニューロン新生の関係を探る研究も盛んに行われています。

　成体脳のニューロン新生は、1960年代始めに、アルトマン博士が、放射線同位元素を用いたオートラジオグラフィー法で発見しました（アルトマン博士は「成体脳のニューロン新生の発見」により第28回国際生物学賞を2012年に受賞しました）。しかし、その後、この発見は、ほとんど無視されてしまいました。オートラジオグラフィー法では放射性同位元素を扱わなければならない上に、新生ニューロンの検出に１ヶ月以上かかるために、1990年代始めには、世界で2-3のグループが研究を続けている非常にマイナーな研究分野でした。

　　われわれは、そのような時期に、成体脳で新生するニューロンを同定する、モノクローナル抗体（神経細胞接着分子NCAMの糖鎖ポリシアル酸に対する抗体：PSA-NCAM）を作製しました。そして、成体海馬で新生するニューロンを短時間（1-２日間）で可視化し、その樹状突起や軸索を含む全体像を初めて明らかにしました。現在では、この方法に加え、トランスジェニックマウスや蛍光タンパク遺伝子導入によって、神経幹細胞・神経前駆細胞や未熟ニューロンを可視化し、共焦点レーザー顕微鏡、電子顕微鏡、海馬切片培養など様々なイメージングシステムを用いて解析しています。これらの技術を用いて、成体海馬のニューロン新生について、加齢による変化、樹状突起の発達、軸索の発達とシナプス形成、神経幹細胞/前駆細胞の分裂様式、ニューロン分化過程などについて研究してきました。　

　最近は、海馬のニーロン新生機構を、胎生期から成体期までを視野に入れて、広範囲に研究し、成体神経幹細胞の起源についても調べています。胎生期にどのようにして顆粒細胞層を形成する神経幹細胞が生まれ、それがどのような微小環境の中を移動してニューロンに分化するのか。また、どのようにしてそのうちの一部が神経幹細胞としての性質を維持しながら、生後の顆粒細胞層に組みこまれるのかを解析しています。この胎生期から生後初期のニューロン新生機構や生後型神経幹細胞の形成機構を明らかにしない限り、成体脳のニューロン新生機構は理解できないと考えています。

石龍徳の研究

美しい光景に出会うこと

文献からではなく、データから考える。

ゲームをやるのではなく、ゲームを作れ！

研究をしていて何が一番楽しいかと問われれば、生物の不思議を自分の眼で見ることであると答えたい。いくつかの困難を克服してそっと覗いてみると、今まで見たことのない、あっと驚くような、かつ生物学的に重要な意味のある光景に出会う。この時の興奮があるからいままで科学を続けてこられたのだと思う。前人未踏の地を探検して未知の生物に出会ったら、さぞ興奮すると思うが、現実には、仕事柄、顕微鏡下にすばらしい光景を見ることになる。

　２０年以上前に顕微鏡下に見えたある光景は、現在の仕事の切っ掛けになっている。順天堂大学医学部の解剖学講座に就職して最初にやったことは、胎仔脳を抗原として、発達期の脳に特異的な分子を検出するモノクローナル抗体を作成することだった。できてきた様々な抗体を胎仔と成体の脳切片に反応させて、胎仔脳にだけ反応する抗体を蛍光顕微鏡で探していた。どんな抗体が採れてくるのかは分からないので、どのような染色像が現れるのかもまったく分からない。暗い部屋で蛍光顕微鏡を見るときにはどきどきするけれど、やっていることは全く賭け事そのものであった。

　しばらくして、やっと発達中の脳に特異的な分子（ポリシアル酸, PSA）に対する抗体が採れて仕事を始めた。発達中の脳に特異的な分子なので、当然の事ながら胎生期の脳を研究の対象とした。しかし、その分子が胎仔脳以外に発現していないことを示すためにいつも成体の脳を一緒に染色していた。そんなある時、成体の脳の中でも海馬と呼ばれる部分の一部だけ、その分子の発現が見られた。このことは頭の片隅にいつも気にかけてはいた。だが、最初のうちは正直言って深く考えないようにしていた。自分の研究が根本から崩れてしまうような気がしたからだ。そんな時、ある専門書を読んでいたら、「海馬では成体になってもニューロンが生まれている」との記述を見つけた。この現象は1960年代にJoseph Altmanによって発見されていたが、不思議なことに世の中に広く知られていない研究であった。もしかしたら、この抗体を使った染色では、海馬で生まれているニューロンが見えているのかも知れない。海馬が記憶や学習に係わる重要な部位であること考えると、新生ニューロンによって神経回路が作られている現場が見えることは、極めて重要なことだ。このことに気づいてから、もう一度海馬切片を眺めてみると、以前はそれほど美しいと思えなかったニューロンがとても美しく見えた。ある画像の意味を解明するためには、それを解析するための力量が自分の頭に備わっていなければならないとつくづく感じた。これが私の現在の仕事の始まりである。そして、それ以降次の実験のテーマは、いつもその前にやった実験の組織切片の光景の中にあった。そのようにして、つぎつぎと研究テーマが見つかり、20年以上成体の海馬で新生するニューロンの神経回路形機構を研究してきた。最近は、成体神経幹細胞の起源を知るために、胎生期の海馬を見ている。もともとの研究テーマに戻った感じがする。今から振り返れば、自分の開発したゲームで20年間遊ぶことが出来たようなものだ。そして、気がついてみるとこのゲームをやる人が世界中に現れ、臨床的な応用にも使われるようになった。

　サイエンスをやる人には、二通りのパターンがあるような気がする。それは、新しいゲームを作る人とゲームに参加してやる人である。新しいゲームを作る人は、新しい問題を見つけたり、それを解決する技術を見つけたりする人である。ゲームをやる人は、世界で提示された問題を正確に把握し、その問題解決に必要だと認められている技術を用いて実験をする人である。私の場合は、どちらかというとゲームを作ることに関心がある。そして、そのゲームを作るアイデアは、いつも染色した組織切片の中から生み出されてきたのだと思う。

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My research foci therefore are three fold:

To understand

1.     Temporal progression of hypothalamic patterning

2.     Temporal progression of hippocampal patterning

3.     Programmed senescence in forebrain development

1. Temporal progression of hypothalamic patterning by BMP7

  Using chick as a model system, I am aiming to understand signalling mechanisms by which hypothalamic stem/progenitor cells progress into defined neuronal cells; in particular, a temporal integration of bone morphogenetic proteins (BMPs). 

Our previous work demonstrated that prechordal mesoderm-derived Shh and subsequent BMP7 are crucial not only for an initial specification of hypothalamic floor plate (FP) cells but the differentiation of hypothalamic dopaminergic (DA) neurons. Further, we successfully produced hypothalamic DA neurons from mouse ES-derived neural stem cells (Ohyama et al., Development 2005). 

We also demonstrated that duration of BMP7 signal is crucial for the temporal progression of hypothalamic patterning (Manning et al., Dev Cell 2006; Ohyama et al., Development 2008). I am currently investigating further the molecular mechanism how a temporal BMP signal controls neuronal cell diversity in the developing hypothalamus. 

2. Temporal patterning of developing mouse hippocampus 

  Hippocampus is well recognised as an adult neural stem cell (NSC) niche. Despite its significance in adult neurogenesis, the origin of adult NSC and the signals that specify them have not been well defined. Recent work have identified dentate notch (DN) as an origin of granule neurons and possibly the adult NSC of hippocampus (Seki et al., 2014). However, it is unclear how the DN cells and their derivatives are initially specified and change their characteristics over time. The second focus of my research, therefore, is to unveil signals that govern the development of DN cells and their derivatives over time.