発達期の体性感覚皮質ではミクログリアとの接触がシナプス形成を誘導する
Microglia contact induces synapse formation in developing somatosensory cortex
2016年8月25日 Nature Communications 7 : 12540 doi: 10.1038/ncomms12540
ミクログリアは、中枢神経系の免疫細胞で、脳の疾患や病態の発現において重要な役割を担っている。また、ミクログリアは、発達期には、シナプスの除去を行ったり、ニューロン新生を調節したりすることで、神経回路の形成にも役立っている。本論文では、発達期のマウス大脳皮質の体性感覚皮質第2/3層の錐体ニューロンを多光子励起顕微鏡で観察したところ、ミクログリアが神経細胞の樹状突起に接触し、接触した部位にフィロポディア（シナプス前駆構造）が形成されることが分かった。このフィロポディア形成は、活発にシナプス形成が起こる発達期間である生後8～10日にのみ起こるが、これはミクログリアが未熟期活性化型を示す時期と一致する。ミクログリアが接触した樹状突起内のCa2+が上昇し、アクチンの蓄積が起こり、それに引き続きフィロポディアが形成される。遺伝子操作によってミクログリアを除去すると、その後のシナプス数の低下、機能的な興奮性シナプス伝達の減少が起こり、ミクログリアによって機能的なシナプスが形成されること、また、成熟早期において第4層ニューロンから第2/3層の入力が減少していた。我々のデータは、ミクログリア誘導性のシナプス形成を生体において直接実証し、免疫系による神経回路発達の調節を理解するためのさらなる手掛かりになる。未熟期の脳内免疫環境が成熟期の脳機能に関わっている可能性があることを示した。
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Microglia are the immune cells of the central nervous system that play important roles in brain pathologies. Microglia also help shape neuronal circuits during development, via phagocytosing weak synapses and regulating neurogenesis. Using in vivo multiphoton imaging of layer 2/3 pyramidal neurons in the developing somatosensory cortex, we demonstrate here that microglial contact with dendrites directly induces filopodia formation. This filopodia formation occurs only around postnatal day 8–10, a period of intense synaptogenesis and when microglia have an activated phenotype. Filopodia formation is preceded by contact-induced Ca2+ transients and actin accumulation. Inhibition of microglia by genetic ablation decreases subsequent spine density, functional excitatory synapses and reduces the relative connectivity from layer 4 neurons. Our data provide the direct demonstration of microglial-induced spine formation and provide further insights into immune system regulation of neuronal circuit development, with potential implications for developmental disorders of immune and brain dysfunction.
