血管網の三次元パターンを作り出す神経と血管の連携 拡大
血管網の 3 次元構造形成を制御する
「血管周囲ニューロン」と血管の細胞間接触が見えた。

由来種         :マウス
器官・組織・細胞(株)名:網膜
染色・ラベル方法等   :緑(GFP):血管周囲ニューロン
             赤(Isolectin GS-IB4 - Alexa Fluor 594):血管
観察手法        :共焦点、倒立
対物レンズ       :20倍
作品画像取得年     :2023

當麻 憲一京都大学 高等研究院 物質 - 細胞統合システム拠点(iCeMS) 見學研究グループ 特定拠点助教
血管網の三次元パターンを作り出す神経と血管の連携
2024 特別賞

受賞コメント

當麻 憲一
この度は、栄誉あるNIKON JOICO AWARD 特別賞を賜り、心より感謝申し上げます。
本研究では、神経細胞と血管の接触を顕微鏡で可視化しました。
審査員の皆様から「まるで木に果実がなっているようだ」という印象深いコメントいただきましたが、これはまさに私が初めてこの写真を撮った時に感じた驚きそのものでした。
この感動を時間や場所を超えて多くの方々と共有できたことを、大変嬉しく思います。
今後もイメージングの持つ力を使って、神経組織発生の仕組みを解明していきたいと考えています。

研究の概要

中枢神経系に見られる三次元の血管パターンの形成は神経回路形成と同じく組織機能に重要だと考えられますが、その血管網1 の三次元パターニングがどのように制御されているのかは二次元の血管網形成に比べて不明でした。
今回私たちは、血管に接着している特別な神経細胞「血管周囲ニューロン」が三次元の血管網構築を制御していること、またその接着が機械刺激受容チャネルのPiezo22依存的であることを様々な蛍光組織イメージングによって明らかにしました。
さらに三次元的な血管網構造が血管灌流3を介して視覚機能に大きな影響を及ぼすことがわかりました。
本研究では、網膜の神経回路を構成する神経細胞群の一部に機械刺激受容チャネル Piezo2を発現して血管に接着する「血管周囲ニューロン」があることを発見しました。
また血管周囲ニューロンは細胞接触依存的メカニズムを介して血管網の三次元パターニングを制御していることを見出しました。
さらに血管網の三次元構造は、血管の灌流に影響を与えることで網膜の視覚機能の発現に重要な役割を果たしていることがわかりました。
Toma, K., Zhao, M., Zhang, S., Wang, F., Graham, HK., Zou, J., Modgli, S., Shang, WH., Tsai, NY., Cai, Z., Liu, L., Hong, G., Kriegstein, AR.,
Hu, Y., Korbelin, J., Zhang, R., Liao, YJ., Kim, TN., Ye, X., Duan, X.
Perivascular neurons instruct 3D vascular lattice formation via neurovascular contact.
Cell. 2024, 187(11), doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.04.010

用語解説

1.血管網

血管網とは、酸素や栄養を全身の細胞に届けるために組織内に張り巡らされた血管のネットワークのこと。
大きな血管から枝分かれした毛細血管が、各細胞に物質を運ぶとともに老廃物を回収する役割を果たしている。
本研究では血管網の立体構造に着目した。

2.機械刺激受容チャネル Piezo2

Piezo2は2010年にArdem Patapoutianのグループによって報告された機械刺激を受容する大型のイオンチャンネル。
本研究では中枢神経系(眼や脳)での機能を報告しているが、他にはPiezo2は触覚や痛覚、呼吸などの多くの生体機能に関わることがわかってきている。

3.血管灌流

血管灌流とは、血液が血管を通じて組織に供給されるプロセスのこと。
血液は細胞・組織に酸素や栄養を運び、老廃物を回収する役割を担う。
適切な灌流の維持は組織の正常な機能にとって必須で、それが不足することで虚血による酸欠や機能障害を引き起こす。

4.網膜

網膜とは、光を受容するシート状の神経組織であり眼球の内側を覆っている。
目に入った光はレンズで屈折し網膜に像を結ぶ。
その光は網膜の視細胞で電気信号に変換された後、神経回路によって視覚情報として処理される。
その機能の一部はデジタルカメラのイメージセンサーに似ている。

5.網膜神経節細胞

網膜神経節細胞は、網膜の最も内側に位置し、視覚情報の出力を担う細胞である。
視覚刺激の動きや方向、コントラストなどに選択的に反応するサブタイプが存在する。
網膜で処理された視覚情報は、網膜神経節細胞の軸索の集合である視神経を通じて脳へ伝達される。

6.血管内皮細胞

血管内皮細胞は血管の内側を覆う細胞で、血液と組織の間のバリアとして機能している。
酸素や栄養の交換、炎症や血管新生の制御など血管機能の維持に重要な役割を果たしている。

7.VEGF-A(血管内皮細胞増殖因子 A)

VEGF-Aは、血管形成を促進する因子として同定された糖タンパク質。
VEGF-Aを含むVEGFファミリーはそれぞれ特異的な受容体に結合することで異なる生理作用を発揮する。
VEGF-Aは血管形成に加え、血管透過性の調節や細胞遊走の促進にも関わることが知られている。

8.免疫組織染色

免疫組織染色とは、抗体を用いて特定の分子を組織切片上で可視化する方法であり、抗原抗体反応に基づいている。
本研究では、蛍光色素で標識された抗体を目的のタンパク質に結合させた後、蛍光顕微鏡でイメージングしている。

9.ノックアウトマウス

ノックアウトマウスとは、特定の遺伝子の機能を調べるために、その遺伝子を人為的に欠損させて作製したマウスである。
疾患研究や遺伝子の機能解析等に用いられる。

10.蛍光色素フルオレセイン

フルオレセインは、眼科や医学研究で広く使われる蛍光色素であり、吸収波長は約490nm(青緑領域)、蛍光波長は約525nm(緑領域)である。
ナトリウム塩は水溶性で血管や細胞の可視化に適しており、蛍光眼底造影や細胞膜透過性等の評価に使用される。

11.蛍光眼底造影

蛍光眼底造影とは、蛍光色素(本研究ではフルオレセイン)を注射し、網膜や脈絡膜の血流や血管の異常を撮影・評価する検査である。
加齢黄斑変性や糖尿病網膜症等の診断に用いられる。

12.虚血性疾患

虚血性疾患とは、血流が不足し、組織や臓器の酸素供給が不十分になることで生じる疾患である。
代表例として、心筋梗塞や脳梗塞が挙げられる。
血流障害により組織が損傷し、機能障害が引き起こされる。

作品の利用について

NIKON JOICO AWARD 受賞作品の利用方法についてご紹介します。

ABOUT HOW TO USE

審査員講評

  • 学術的には、中枢神経系における立体的血管網形成の分子細胞メカニズムの一部を解明した画期的な研究である。
    芸術性の観点からは、まるで、赤い木に緑の果実がなっている様に見えて非常に印象深い。
  • 血管と血管周囲ニューロンが、木の枝になった小さな実のように見える。血管の配置とニューロンの分布が絶妙で、壁に飾りたくなる美しさである。
    網膜の神経細胞群の一部に機械刺激受容チャネルPiezo2を発現して血管に接着する「血管周囲ニューロン」があることを発見し、血管網の立体構成を制御して網膜の視覚機能の発現に重要な役割を果たすことを明らかにした生理学的に重要な成果である。
  • 血管周囲ニューロンが血管とのPiezo2依存的接触を介して3次元血管格子形成を制御するという興味深い知見。いろいろな機能を形態に反映する優れたアプローチである。
  • シンプルながら向き合うと吸い込まれるような感覚を覚える作品。