活発なカエルと冬眠中のカエルの脳内での細胞増殖と死

Cell proliferation and death in the brain of active and hibernating frogs.

• Silvia Cerri
• Giovanni Bottiroli
• Maria Grazia Bottone
• Sergio Barni
• Graziella Bernocchi

抄録

二項式」の細胞増殖と細胞死については、これまで魚類のような少数の非哺乳類脊椎動物でしか研究されていませんでした。我々は、カエル（Rana esculenta L.）の脳内での細胞増殖／アポトーシスをマップすることに興味があると考えた。そこで、本研究では、カエルの活動期と地下深くの冬眠期を比較した。増殖細胞核抗原（PCNA）のウエスタンブロット分析を行ったところ、すべてのサンプルで36 kDaのバンドが陽性であり、活動期のカエルよりも冬眠期のカエルの方が高い光学密度を示すことがわかった。活動期のカエルと冬眠期のカエルの両方において、脳室帯と脳実質領域の主要な脳胞細分区において、PCNA免疫反応性細胞と末端トランスフェラーゼdUTPニックエンドラベル化アポトーシス細胞に地域差があることがわかった。カエルの活動期において、PCNA免疫反応性細胞の濃度が最も高かったのは大脳半球の脳室背側帯であったが、アポトーシスを起こしていたのは一部の細胞のみであった。対照的に、胸部帯と小脳室帯では、PCNA-免疫反応性細胞の量がそれぞれ少量または中程度で、アポトーシス細胞の数が多かった。冬眠時には、活動期のカエルと比較して、脳室と脳実質の両方でPCNA免疫反応性細胞数の増加が観察された。この増加は主に側脳室で顕著であり、増殖の「ホットスポット」であることが知られている領域であった。脳領域間で違いはあったが、冬眠中のカエルではアポトーシス細胞死の一般的な増加が見られ、アポトーシス細胞の数が最も多く検出されたのは大脳半球と視神経節の実質質であった。特に、冬眠中のカエルのアポトーシス細胞数の増加は、活動中のカエルと比較して、大脳半球と視神経帯の大脳実質で細胞増殖が高い場合に見られた。冬眠中のカエルの脳実質領域で多くの死滅細胞が発見されたことから、脳室領域の増殖を促す刺激となった可能性が示唆された。冬眠中のカエルは、細胞死や神経学的損傷の発症に直面した際に、脳領域での細胞増殖の増加を神経保護戦略として利用できる可能性がある。したがって、冬眠するカエルは、中枢神経系が自らの適応や悪条件を生き抜くために自然に行うメカニズムを研究するための貴重なモデルとなることが期待されています。

'Binomial' cell proliferation and cell death have been studied in only a few non-mammalian vertebrates, such as fish. We thought it of interest to map cell proliferation/apoptosis in the brain of the frog (Rana esculenta L.) as this animal species undergoes, during the annual cycle, physiological events that could be associated with central nervous system damage. Therefore, we compared the active period and the deep underground hibernation of the frog. Using western blot analysis for proliferating cell nuclear antigen (PCNA), we revealed a positive 36 kDa band in all samples and found higher optical density values in the hibernating frogs than in active frogs. In both active and hibernating frogs, we found regional differences in PCNA-immunoreactive cells and terminal transferase dUTP nick-end labelling apoptotic cells in the ventricular zones and parenchyma areas of the main encephalon subdivisions. During the active period of the frogs, the highest concentration of PCNA-immunoreactive cells was found in the ventricle dorsal zone of the cerebral hemispheres but only some of the cells were apoptotic. By contrast, the tectal and cerebellar ventricular zones had a small or medium amount of PCNA-immunoreactive cells, respectively, and a higher number of apoptotic cells. During hibernation, an increased PCNA-immunoreactive cell number was observed in both the brain ventricles and parenchyma compared with active frogs. This increase was primarily evident in the lateral ventricles, a region known to be a proliferation 'hot spot'. Although differences existed among the brain areas, a general increase of apoptotic cell death was found in hibernating frogs, with the highest number of apoptotic cells being detected in the parenchyma of the cerebral hemispheres and optic tectum. In particular, the increased number of apoptotic cells in the hibernating frogs compared with active frogs in the parenchyma of these brain areas occurred when cell proliferation was higher in the corresponding ventricular zones. We suggest that the high number of dying cells found in the parenchymal regions of hibernating frogs might provide the stimulus for the ventricular zones to proliferate. Hibernating frogs could utilize an increased cell proliferation in the brain areas as a neuroprotective strategy to face cell death and the onset of neurological damages. Therefore, the hibernator promises to be a valuable model for studying the mechanisms naturally carried out by the central nervous system in order to adapt itself or survive adverse conditions.