ニューロフィラメント

ニューロフィラメント（英語: neurofilament）は、神経細胞（ニューロン）に特徴的に見られる中間径フィラメントの一種です。これは、αインターネクシンやネスチンなどとともに、タイプIV中間径フィラメントに分類される細胞骨格要素です。

神経細胞における役割と分布

ニューロフィラメントは、脊髄を含む中枢神経系や末梢神経系の神経節細胞に広く分布しています。神経細胞の本体である細胞体（perikarya）だけでなく、電気信号を伝える軸索（axon）や信号を受け取る樹状突起（dendrite）にも存在します。成熟した神経細胞においては、微小管（microtubule）と並んで主要な細胞骨格としての機能を担っており、特に神経突起の形状維持や安定性に重要な役割を果たしていると考えられています。

構成サブユニットとその特性

このフィラメントは、分子量の異なる３種類の主要なタンパク質サブユニットから構成されています。これらはまとめてニューロフィラメントトリプレットプロテイン（neurofilament triplet proteins）と呼ばれ、それぞれNF-H（高分子量、約200 kDa）、NF-M（中分子量、約160 kDa）、NF-L（低分子量、約68 kDa）と略称されます。これらのサブユニットは異なる遺伝子によってコードされており、生成されるタンパク質は長い鎖状のポリペプチドで、特徴的なα-ヘリカル構造を持っています。

ニューロフィラメントは、生理的な状態でもリン酸化されています。特にNF-HやNF-Mといった長い鎖を持つサブユニットのC末端部分には、多くのリン酸化部位が集中しています。細胞内に存在するニューロフィラメントのうち、分子量が大きくリン酸化されたものは、細胞体よりも軸索や樹状突起といった神経突起に多く存在することが知られています。

発見の経緯

ニューロフィラメントが初めて単離・報告されたのは、神経生理学の実験で用いられるイカの巨大軸索からでした（Huneeus FC et al, 1970）。その後、ラット、ウサギ、ウシといった哺乳動物の脳や脊髄、末梢神経からも、軸索を構成する細い繊維状のタンパク質として抽出されました。これらは微小管とは異なる直径約10ナノメートルの中間径フィラメントであり、神経細胞に特異的に存在することが確認されました。

当初、ニューロフィラメントを他のタンパク質から分離して純粋な標品を得ることは容易ではありませんでした。特に、グリア細胞の細胞骨格であるGFAPなどが混入しやすいため、SDS-PAGE（電気泳動法）で分析すると、ニューロフィラメント固有の３本のバンドに加えて、GFAPなどによるバンドが見られることがありました。8M尿素のような変性剤を用いて可溶化し、精製が進められました。

研究の進展と抗体の開発

ニューロフィラメントの研究を大きく進めたのは、特異性の高い抗体の開発でした。初めは、哺乳動物の神経組織から抽出したニューロフィラメントを抗原とした多価抗体が利用されていましたが、前述のようにGFAPなどの混入が課題でした。

1980年代後半、モノクローナル抗体作製技術が普及すると、ラットの神経組織から精製されたニューロフィラメントサブユニットを抗原として、それぞれのサブユニット（NF-H, NF-M, NF-L）に特異的に結合するモノクローナル抗体が多数開発されました（Trojanowski JQ et al, 1987）。これらの抗体を用いることで、ニューロフィラメントの生化学的な性質、神経細胞内での詳しい分布、そしてその生理的な役割の解明が飛躍的に進みました。さらに、これらの研究過程で、α-インターネクシンなど、これまで知られていなかった新たな神経細胞特異的な中間径フィラメントの発見にも繋がりました。開発されたモノクローナル抗体の中には、リン酸化されていないNF-Lを認識するものや、C末端がリン酸化されたNF-MやNF-Hを特異的に検出できるものなど、多様な種類が含まれています。

病理診断への応用と神経変性疾患との関連

ニューロフィラメントに対する抗体は、病理診断の分野でも利用が試みられてきました（Mukai M et al., 1986）。神経細胞への分化を示す一部の腫瘍（例えばパラガングリオーマ、神経節神経腫、神経芽腫など）では、免疫組織化学染色においてニューロフィラメント抗体に陽性反応を示すことが報告されています。特に、NF-Lに対する抗体は比較的高い陽性率を示しましたが、NF-MやNF-Hに対する抗体の陽性率はそれほど高くありませんでした。また、肺小細胞癌のような神経内分泌腫瘍でも陽性例が報告されています。しかし現在では、神経芽腫や神経内分泌腫瘍の診断においては、より感度や特異性に優れた他のマーカーが主に用いられており、外科病理の日常診断におけるニューロフィラメント抗体の使用頻度は以前ほど高くありません。神経細胞の存在や神経突起の確認には、微小管タンパク質であるβ-tubulinや微小管関連タンパク質MAP2、あるいは歴史的に用いられてきたneuron specific enolase（NSE）などの方が安定した結果が得られる場合が多いからです。

一方で、近年の神経病理学において、ニューロフィラメント抗体が重要なツールとして注目されています。これは、特にリン酸化されたニューロフィラメントサブユニットを特異的に認識するモノクローナル抗体です。アルツハイマー病やパーキンソン病など、認知機能障害や運動障害を伴う後天性の神経変性疾患の一部では、神経細胞内に中間径フィラメントを含む異常な構造物（封入体）が形成されることが知られています。これらの封入体には、過剰にリン酸化されたNF-HやNF-Mといったニューロフィラメントサブユニットが沈着していることが明らかになっています。

NF-HやNF-Mは、生理的な状態でも軸索を中心にリン酸化された状態で存在しますが、病的な状態では異常に過剰なリン酸化が起こり、これが変性したニューロフィラメントを形成し、神経細胞体内に封入体として蓄積すると考えられています。この封入体形成が神経細胞の死や正常な神経伝達機能の障害を引き起こし、最終的に神経学的な症状の原因となる可能性が示唆されています。このような病的なリン酸化プロセスには、サイクリン依存性キナーゼ（CDK）ファミリーに属する酵素（cdc2, cdk4, cdk5など）の異常な活性化が関与していることが、様々な実験研究から示されています。現在、これらのキナーゼの活性化メカニズムやその制御機構を詳細に解明し、神経変性の病態を理解するための研究が活発に進められています。リン酸化ニューロフィラメント抗体は、このような病理的変化を検出するための強力な手段として、レビー小体のような封入体の証明などに広く活用されています。

これらの特異的なニューロフィラメント抗体は、研究用試薬として広く入手可能であり、神経疾患の研究や診断の進展に貢献しています。

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