研究成果報告書
脳 の左右差 がつ くられ、維持 され る しくみ
Mechanlsms for the generatiOn and ma■ ntenance of braln asymmetry(日代表研究者 九州大学
協同研究者 九州大学

ヽ昼ヨ彗r≠イ冽≧)

伊藤 功
川上良介

Kyushu Unlverslty

Isao lto

Kyushu Unlverslty

Ryosuke Kawakaml

As̲ctriCd hemisphcric specializationお a ndamentalconccpt」 brain science and has bem
described mainly h hner‐ ordcr uctiorls of tte bmin.Rccendy we havc found that yptic

diniblltiOn ofNMDA receptor NR2B subunits in IInolsc hippocmpus isり mmec」 benecn鵬 len and まt and bemeentt apicd and basd dcndrites ofsingle nellrollls.TheSe as̲etricd
allocatiolls of NR2B subunits direrentiate tb propenies Of moA receptors and syptic
plasticity bemeen thc lcft andまt hippOCamp厖 .Otr ndingS Show ttt asy― etries arc

involved even h a bttic ttК l眠 and uction of simple ncuronal llemork.h Order b cluciぬ わ
Inolccultt lnechanisllllls fOr the rneratiOn and mamtenance ofhippocampdり

mtt wehave

dd tЮ dstinct approachcs h the present血 収 Olleぉ h experimcnt∬ ing a mutant FnOllSe
Smul CiVllno∬ o■ at ShOWs abnomalities in the left‐ rittas̲ew Ofintemal qBarls.¶ 騰 o■ cr
one is organoniC Co¨ culmc systeln composcd ofllllcro slices preparedおareas ofllnolsc hippocamplls.We bluld■atmtltation Кsm h CAland CA3

dh血 loss oflen― ritta̲eWofhippocampd circ雨ぅwhCrcas apic」 ―basal as̲呻 Of Singlc nellron rellnalned lltacto Ollr
rents indictte hat meぬ mislllls for th gencration of len― 山t as̲ew difFcr bcmeellendodemalissues Kintema1 0rgalls)and eCtOdCmal issucs帥
typcs of illfomation ccn― ritt ofthe brain

establishcntofbrain ttma町 y

ね 器 hbrainy,andthat tt b葱 輌

Ⅲ d‐baS」 Of tt ncllro⇒ 獲 rCquired for鵬

研究 目的脳 の高次機育躙こ見 られる左右 の非対称性 (ラ テラ リテ ィ)は 、脳科学 の基本概念 の一つ として広 く受け入れ られてい る。 しか し意夕‖こも、脳 の側性化 のメカニズムや脳機能におけるその意義に関す る分子 レベル
か らの理解 はほ とん ど進んでいない。
そ の原因は、in vitrOの 実験で脳 の左右を示す指標 が明 らかでなかったことにあ り、それが分子 レベルの研究を困難 に していた。近年我 々は、マ ウス海
馬 の神経 回路 にお い て m受 容 体
llR2Bサ ブユニ ッ トの非対称な分布 に基づ く構造的・機能的非対称性を発見

LeftApicalBasJした Oig。 1)。 これにより、左右 の非対称性ヤ
湖図の高次機育臼このみ見 られ る
Og。 1)
わけではなく、比較的単純な神経回路 の基本的な機能 と構造においても脳 は非対称であることが分子 レベルで明 ら力ヽこなった。 また、我 々が明 ら力ヽこした海馬神経回路 の非対称 性は in vitrO実験 の指標 とな り得 る。
本研究では、この指標を活用す ることによつて、脳 の左右差 はいつ、 どの よ うに してできあがるのか、成獣 の脳 における左右差 の維持 にはどのよ うなネ
輛蘇剛包の性質が関与 しているのか、な どを分子 レベルで明 らかにす ることを目的 として実験を行 つた。
Fig.1.Schcmatic diag.― lustrating hippocampal η mmettt Len and 」■pDTamidal nellrollls
and鵬士 axolls arc∞ lored red and blue,re,「cive,C10Sed and open circlcs rcpresent
NR2B‐dominant and NR2B― non― dominant ttmpseS,respem、 Smight and wavy lines

ApL札
represent mpt■ om血 ゎ』ateral and conmlateral cA3 prmidal nellros,К weふへ 、apical dendrites.Basali basal dendrites.

研究経過
1.内 臓逆位の ivマ ウス を用 いた解析
マ ウス 内臓器官 の左右軸形成 は発生
初期、繊 毛の回転運動 によって nOdeに発生す る層流 ←odal flo→ の影響
で、nodalの 発現 が胚 の左側で高まる
ことか ら始まることが知 られてい る。
ivマ ウスは この繊 毛運動 を引き起 こすモー ター蛋 白 (dynein)を コー ドする遺伝子に変異を持つため、繊 毛が回転 できず、体軸 の形成機構 が正常 に働かない。このためホモ接合型 の ivマ ウ
スか らは内臓逆位 と正位 のマ ウスが(図 の横幅 は 6.5clnで お願 い しまつ

RightLoft
Apica:BasalCig.2)

1対 1の 確率 で生まれ る。我 々は、ivマ ウスか ら作成 した海 馬ス ライスを用い、シナプ
ス llllDA受容体応答 の Ro25 6981感 受性 lNR2Bサ ブユニ ッ トの選択的阻害剤)お よび シ
ナプス可塑性 lLTP)の 生後発達な どを指標 として、iv変 異が海 馬神経回路の非対称性に及ぼす変化 を解析 した。その結果、内臓正位、逆位 ともに ivマ ウスでは、海 馬神経回路 の左右 の非対称性が消失 していることが明 ら力ヽこなった lFig。 2、 Fig.1の 通常マ ウ
ス と比較 のこと)。 しか し、ivマ ウスにおいても神経細胞 の上下の非対称性は正常であった。
Fig.2.Schematic diag.w showing

mollse hippocampus.Note血 ■left― ri』 ltドμmett Of缶

CrCuWiS10St.‐ othcrs arc the sarne as thosc in Fig.1.
(図 の横幅は 6.5cll■ でお願 い しまつ

2,海 馬ス ライスの組み合わせ培養系を用 いた研究ス ライ スの組み合わせ培養系 とは、左右 の海 馬か ら作成 したス ライ スを、CAl野 を含む領域 と CA3野 を含 む領域 に切断 し、 これ らを再び組み合わせて培養す ることによってCA3錐 体細胞 と CAl錐 齢 剛包の間にシナプスを形成 させ るものである lFig.3)。 た とえば、Fig。 3① の よ うに左 CAl+左 CA3を 組み合わせ ることで同側入カ シナプスの解析が、Fig。 3② の ように右 CAl+左 CA3の 組み合わせでは反対側入カ シナプスの解析 が可能 となる。そ こで、出生後 のマ ウス海 馬を用いて組み合わせ培養 を行 い、シナプス M＼ 受容体応答 の Ro25 6981感 受性を指標 として非対称な神経回路が再生 され るか どうかを検討する。神経回路 が正常に再生 されれば、それ は出生後 の動物 の海馬神経細胞 も非対称な神③
経回路 を再生す るのに必要なシグナル を ①票

3ア E83単 9要tttrg Left、撃黒亀昼だE烹 晃慕臭贔畠F ②Rightのか 、あるい はシナプ ス後細胞 が持 ってλ思Я
趙:集生後 4‑6日 のマ ウス海 馬を用いて 3週 Lefi間以上の組み合 わせ培養が可能な技術を確立 した。 また機能 し得 るシナプスが再生 されてい ることを生理学的に確認 した。

CAl(Fig.3)

Fig.3.Schcnlatic diagrams ofhipocamp」 orgal■owic∞ ―C 血es.
(図 の横幅 は 6.5cllnで お願 い しま力

考察
ivマ ウスの結果 か ら、内胚葉系の組織 (内 ltlと 外胚葉系の組織 朝図)で は左右差 の形成機構 が異なってい ることが示唆 された。また、正常な非対称性を持つ神経回路は、脳 の左右 および神経細胞 の上下 とい う、少なくとも 2種 類 の独 立 した位置 情報 に基づいて形成 されると考 えられ る。 また、異なる 2種類 の位置 情報 の うち、その片方だけ (左右 の非対称性のみ)が 消失 している ivマ ウスは、脳 の左右差 の意義を行動学的に解析す

る際、最適￨の特性を持つた実験動物であると思われ―る。の再性
海馬スライスの組み合わせ培養系に関しては、培養法の確立と機能性シナプスーが可能であることの確認に留まつたが、本実験系の可能性 発展性を実験を通じて確認―で来たことは大きな収穫であつたと考えている。
￨￨と確 継口毒零獲表￨

1.伊 藤 功 ;「脳 のレベ ,"ヽ らのアプローチ」、 第 48回 日本神経化学会大会、招待講演、 幅 岡、2005)
幸

2.ヽ.ヽ R Kavrakami,I Shinohara,■Fukaya・

K Sakimura,MI Mishi鴫 ￨颯 Ltanabe,I,Ito2 R Shigent∝ ̀6TaFget Celrspecifi。 lefti山aspetry.Of NMDA FeCeptor● ontent in Schaffer collateral synapSes in[1/NR2A knock out‐micげI Neuroscience,2500):9213■ 22Q200,