ゴルジ細胞

ゴルジ細胞

ゴルジ細胞は、小脳皮質の主要な構成要素である顆粒層に存在する介在神経細胞（インターニューロン）です。抑制性の神経細胞として機能し、主要な神経伝達物質としてγ-アミノ酪酸（GABA）を使用します。顆粒層において、多数の顆粒細胞の活動を制御する上で中心的な役割を担っています。

構造と神経回路

ゴルジ細胞の細胞体は顆粒層に位置しますが、樹状突起は上の分子層へと伸び、広範な領域からの入力情報を受け取ります。一方、ゴルジ細胞の軸索は細胞体の存在する顆粒層内で細かく枝分かれし、多数の顆粒細胞に対して抑制性のシナプス接続を形成します。これにより、ゴルジ細胞は直接的に顆粒細胞の興奮性を抑えることができます。

ゴルジ細胞自身は、興奮性の入力信号を複数の主要な経路から受け取ります。一つは、小脳へ体性感覚や運動指令に関する情報を伝える脳幹起源の苔状線維からの入力です。もう一つは、顆粒細胞の軸索が分子層でT字型に分岐して形成される平行線維からの入力です。平行線維は、顆粒細胞の活動情報を小脳皮質の広い範囲に伝達します。

これらの入力により、苔状線維または平行線維 → ゴルジ細胞 → 顆粒細胞という神経回路が構築されます。この回路を通じて、ゴルジ細胞は顆粒細胞の活動に対する二種類の重要な抑制機能を実現します。一つは、苔状線維からの入力が顆粒細胞に到達する前にゴルジ細胞が抑制をかける「フィードフォワード抑制」。もう一つは、顆粒細胞自身の活動（平行線維を介した入力）がゴルジ細胞を興奮させ、そのゴルジ細胞が再び顆粒細胞を抑制する「フィードバック抑制」です。これらの精緻な抑制機構は、顆粒細胞の活動レベルを適切に調整し、小脳における高度な情報処理、特に運動学習や協調性の実現に不可欠な役割を担っています。

GABAによる抑制メカニズム

ゴルジ細胞がシナプス前終末から放出する神経伝達物質GABAは、顆粒細胞に存在するGABAA受容体に作用することで抑制効果を発揮します。顆粒細胞のGABAA受容体には、シナプス部位に局在するものと、シナプス外に広く分布するものがあります。特に顆粒細胞には、高親和性のα-6サブユニットを含むGABAA受容体が多いことが知られています。

シナプス部位のGABAA受容体は、ゴルジ細胞からのGABAの放出により直接活性化され、比較的短時間（20〜30ミリ秒）の一過性の抑制応答を引き起こします。一方、シナプス外のGABAA受容体は、シナプスから拡散したGABAによって活性化され、約200ミリ秒とより長く持続する抑制を媒介します。この持続性抑制は、顆粒細胞の膜電位を安定化させ、その基礎的な興奮性を調節する機能があります。

さらに、ゴルジ細胞からのGABAは、苔状線維の神経終末に存在するGABAB受容体にも作用し、苔状線維から顆粒細胞へ伝えられる興奮性シナプス後電位（EPSP）を抑制することが知られています。この抑制作用は、苔状線維の発火頻度によって異なり、低い発火頻度（例：1Hz）の入力に対しては顕著な抑制効果を示しますが、高い発火頻度（例：10Hz）の入力に対する影響は小さいことが実験的に示されています。このように、ゴルジ細胞はGABAを介して、小脳回路内の情報伝達をその状態に応じて動的に調整する能力を持っています。

機能解析の研究例

ゴルジ細胞が小脳回路の機能、特にフィードバック抑制において重要な役割を果たしていることは、ゴルジ細胞だけを特異的に除去できる遺伝子改変マウスを用いた研究によって詳細に調べられました。この研究では、ゴルジ細胞に特定の分子を発現させ、その分子を標的とする薬剤を投与することで、ゴルジ細胞を選択的に死滅させる手法が用いられました。

ゴルジ細胞を除去されたマウスは、顆粒層における抑制が失われた結果、重度の運動協調障害を示しました。しかし興味深いことに、この運動障害は数日の経過とともに軽減していきました。運動機能が回復した時期に、顆粒細胞に存在するNMDA受容体の機能が低下していることが観察されました。

顆粒細胞の活動が興奮性と抑制性のバランスで制御される中で、抑制性の入力がなくなった際に、過剰な興奮を防ぐための代償機構として、興奮性入力に関わるNMDA受容体の機能が低下し、これにより顆粒細胞の活動レベルが調整された結果、運動障害が改善された可能性が推測されています。

これらの研究は、ゴルジ細胞による顆粒細胞活動の適切な抑制が、小脳における運動制御やその他の機能にとって極めて重要であることを強く示唆しています。

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