脳科学辞典 - 利用者の投稿記録 [ja]

神経誘導

2012-07-06T02:07:34Z

Naotoueno:

=誘導=
ある細胞集団が別の細胞集団に作用しその細胞運命を変えることを「誘導」(induction)と呼び、胚発生に不可欠な誘導現象「胚誘導」（embryonic induction)はそのひとつである。胚誘導の他に、水晶体誘導、歯誘導など、上皮-神経、上皮ー間葉相互作用による「器官誘導」も知られており、これらの誘導は組織間相互作用において誘導因子が一方向、または双方向に作用することによって成立するものと考えられている。神経誘導は中枢神経系の発生に不可欠な誘導であり、原腸陥入によって外胚葉を裏打ちする中胚葉が外胚葉を神経組織である神経板（neural plate)に分化誘導する。神経誘導を受けなかった外胚葉は表皮に分化する。

=神経誘導の発見=

=神経誘導因子の探索=
神経誘導作用をもつ物質の探索は長年にわたって、主に発生生物学者を中心に両生類または鳥類を用いて行われてきた。植物レクチンであるコンカナバリンA (Con-A)が両生類オーガナイザーと同様に神経誘導活性をもつと報告されたこともある。1980年代後半から遺伝子レベルでの探索が活発化しオーガナイザーに特異的に発現する遺伝子の探索、mRNAプールの腹側へのインジェクションにより起こる２次軸形成能に基づく発現クローニング法によって神経誘導因子の同定が試みられてきた。オーガナイザー特異的に発現するホメオボックス遺伝子グースコイド(goosecoid）の発見はその成果のひとつである。グースコイドはオーガナイザー活性の一部を担っており腹側での異所的な過剰発現により２次軸誘導活性を示すが、それ自体は転写調節因子であることから細胞自律的であり、細胞間相互作用を直接担うシグナルとして作用することは考えにくい。しかしながら、アクチビン（activin)などさまざまな細胞増殖因子様シグナル分子に濃度依存的に応答するプロモーター領域をもっており、その発見は中胚葉誘導因子、神経誘導因子の研究を大きく進展させた。

==種を超えるオーガナイザー活性==

==BMPの阻害による神経誘導==
ノギン、コーディンはBMP-2あるいはBMP-4に対して高い親和性をもつ阻害因子であるがフォリスタチンの親和性は低い。しかしながら、フォリスタチンはオーガナイザー領域に発現しその領域を限局させる作用をもつといわれているBMP様因子ADMP（anti-dorsalizing morphogenetic factor)に対して高い親和性をもつ。両生類についてはBMPおよびBMP様活性の総和が胚の腹側化および非神経化に寄与しており、それらに対して阻害活性をもつ分子群によるBMP阻害活性の総和とのバランスで背-腹、神経-神経のパターンが決まっているものと考えられる。これを支持するようにアフリカツメガエルにおいてはアンチセンスモルフォリノオリゴヌクレオチドによるいずれか２つの阻害因子のダブルノックダウンでは神経組織はかなり残存するが、3つの因子のトリプルノックダウンによって初めて大きな神経組織の欠損が見られることが報告されている[10]。

アクチビン受容体による

==神経誘導メカニズムの種差==
神経誘導メカニズムの研究は主に両生類（アフリカツメガエル、イモリ、サンショウウオ）を用いて明らかにされてきたが、BMPの表皮化（非神経化）における役割が動物種間で高度の保存されていることが確認されている一方で、その阻害による神経誘導メカニズムには種間で差がある。コーディンについてはゼブラフィッシュのシールド（胚盾:オーガナイザーに相当する）に発現することが確認されているが、ノギン、フォリスタチンの遺伝子発現はないとされている。また、背腹軸パターン形成に以上が見られるゼブラフィッシュ突然変異体の解析から背側化ミュータントの原因遺伝子はBMPシグナル伝達系のリガンド、受容体、細胞内シグナル伝達因子（Smad）をコードする遺伝子の変異によるものであり、腹側化ミュータント（後にChordinoと命名）の原因遺伝子はコーディンであることが報告されている。

==参考文献==
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10] Khokha, M.et al. Dev Cell 8, 408-411, 2005
[11]
[12]
[13]

神経誘導

2012-07-06T01:07:50Z

Naotoueno: ページの作成：「=誘導= ある細胞集団が別の細胞集団に作用しその細胞運命を変えることを「誘導」(induction)と呼び、胚発生に不可欠な誘導現象...」

=誘導=
ある細胞集団が別の細胞集団に作用しその細胞運命を変えることを「誘導」(induction)と呼び、胚発生に不可欠な誘導現象「胚誘導」（embryonic induction)のひとつである。胚誘導の他に、水晶体誘導、歯誘導など「器官誘導」も知られており、これらの誘導は組織間相互作用において誘導因子が一方向、または双方向に作用することによって成立するものと考えられている。神経誘導は中枢神経系の発生に不可欠な誘導であり、原腸陥入によって外胚葉を裏打ちする中胚葉が外胚葉を神経組織である神経板（neural plate)に分化誘導する。神経誘導を受けなかった外胚葉は表皮に分化する。

=神経誘導の発見=

=神経誘導因子の探索=
神経誘導作用をもつ物質の探索は長年にわたって、主に発生生物学者を中心に両生類または鳥類を用いて行われてきた。植物レクチンであるコンカナバリンA (Con-A)が両生類オーガナイザーと同様に神経誘導活性をもつと報告されたこともある。1980年代後半から遺伝子レベルでの探索が活発化しオーガナイザーに特異的に発現する遺伝子の探索、mRNAプールの腹側へのインジェクションにより起こる２次軸形成能に基づく発現クローニング法によって神経誘導因子の同定が試みられてきた。オーガナイザー特異的に発現するホメオボックス遺伝子グースコイド(goosecoid）の発見はその成果のひとつである。グースコイドはオーガナイザー活性の一部を担っており腹側での異所的な過剰発現により２次軸誘導活性を示すが、それ自体は転写調節因子であることから細胞自律的であり、細胞間相互作用を直接担うシグナルとして作用することは考えにくい。しかしながら、アクチビン（activin)などさまざまな細胞増殖因子様シグナル分子に濃度依存的に応答するプロモーター領域をもっており、その発見は中胚葉誘導因子、神経誘導因子の研究を大きく進展させた。

アフリカツメガエル

2012-07-05T05:53:34Z

Naotoueno:

{{Taxobox
| name = African clawed frog
| status = LC | status_system = IUCN3.1
| trend = up
| image = Xenopus laevis 1.jpg
| image_width = 240px
| regnum = [[Animal]]ia
| phylum = [[Chordate|Chordata]]
| classis = [[Amphibia]]
| ordo = [[Anura]]
| familia = [[Pipidae]]
| genus = ''[[Xenopus]]''
| species = '''''X. laevis'''''
| binomial = ''Xenopus laevis''
| binomial_authority = [[François Marie Daudin|Daudin]], 1802
}} 学名：''Xenopus laevis''　英語名： African clawed frog　独：Afrikanischer Krallenfrosch　仏：xénope du Cap

　アフリカ原産の[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]（[[wikipedia:ja:両生類|両生類]]）。古くは妊婦の尿中に含まれる[[wikipedia:ja:ヒト|ヒト]][[wikipedia:ja:絨毛性ゴナドトロピン|絨毛性ゴナドトロピン]]（hCG）に応答し[[wikipedia:ja:排卵|排卵]]することから[[wikipedia:ja:妊娠|妊娠]]検査に用いられていたが、[[wikipedia:ja:卵|卵]]が比較的大きく（直径約1.2 mm）[[wikipedia:ja:胚|胚]]操作が容易であることから生物学、医学研究における[[モデル生物]]として世界に拡散し長い間重用されてきた。飼育は20℃前後で行われ比較的容易であるが、世代交代時間が1-2年と長く遺伝学には不向きとされている。近縁種の[[wikipedia:Western clawed frog|ネッタイツメガエル]]''Xenopus tropicalis''はアフリカツメガエルの[[wikipedia:ja:染色体|染色体]]が偽4倍体であるのに対して2倍体であること、最近[[wikipedia:ja:ゲノム|ゲノム]]解読が終了したことなどからネッタイツメガエルも近年遺伝学を可能にする両生類モデル生物として拡大しつつある[1]。

== 神経科学に於ける利用 ==

=== 卵母細胞発現系 ===

　神経科学においては、アフリカツメガエル[[wikipedia:ja:卵母細胞|卵母細胞]]は[[wikipedia:ja:タンパク質|タンパク質]][[wikipedia:ja:翻訳|翻訳]]系として用いられてきた。とくに1980年代になって[[wikipedia:SP6 RNA polymerase|SP6]][[プロモーター]]を用いて特定の[[wikipedia:ja:cDNA|cDNA]]から[[wikipedia:ja:mRNA|mRNA]]を合成することが可能になった[2] こともあり、[[wikipedia:ja:未受精卵|未受精卵]]および胚内へのmRNAの顕微注入により発現させた機能タンパク質の生物活性評価に用いられている。とく卵母細胞での[[wikipedia:ja:膜タンパク質|膜タンパク質]]の翻訳と[[パッチクランプ法]]などの電気生理実験を組み合わせて[[アセチルコリン受容体]][3] を含む多くの重要な[[受容体]]、[[チャネル]]分子の同定がなされている（図左）。同様の手法を用いて、mRNAプールからの発現クローニングも可能である[4] 。 [[Image:スライド1.jpg|thumb|400px|'''図　卵母細胞発現系による機能解析'''<br>図は森田仁博士による。]]

=== 発生 ===

　一方、アフリカツメガエルは[[初期発生]]における[[細胞分化]]、[[形態形成]]の研究においても発展に大きく寄与しており、神経科学への貢献も無視できない。1920年代に[[wikipedia:Hans Spemann|Hans Spemann]]は両生類である[[wikipedia:ja:サンショウウオ|サンショウウオ]]初期[[wikipedia:ja:原腸胚|原腸胚]]の[[オーガナイザー領域]]（[[原口背唇部]]）を腹側に移植すると、頭部など[[中枢神経系]]が重複した2次胚ができることを発見し[[神経誘導因子]]の存在を予見した[5]。この神経誘導因子の同定にアフリカツメガエル胚を用いた実験は重要な役割を果たした。

　mRNAの顕微注入による機能評価が可能であることから、1990年代には移植実験の代わりにmRNAを腹側の[[wikipedia:ja:割球|割球]]にだけ注入するという実験が行われ（図右）、[[骨形成タンパク質]]（bone moephogenetic protein, BMP）シグナルを遮断する[[ドミナントネガティブ]]受容体[6]やオーガナイザー領域で発現する[[BMP活性阻害因子]]（[[ノギン]][7]、[[コーディン]][8]、[[フォリスタチン]]）[9]がオーガナイザー同様に2次軸形成能をもつことが明らかにされ、神経誘導活性をもつオーガナイザー因子の存在が分子同定によって明らかになった。

　[[wikipedia:ja:胞胚期|胞胚期]]の[[動物極]]側細胞集団（[[アニマルキャップ]]）は誘導因子の非存在下では[[wikipedia:ja表皮|表皮]]分化するが、解離して培養すると神経に分化することも知られていた。現在、アニマルキャップに存在するBMPが神経分化を抑制しており[10]、その除去または活性阻害により神経分化が進むと解釈されている。このようにアフリカツメガエルは簡便な神経分化の評価系として有効である。

　また、アフリカツメガエルは母胎外で発生するため、[[中枢神経系]]の初期形態形成を[[wikipedia:ja:|実体顕微鏡]]下で直接観察できるという大きな利点がある。過剰発現による機能亢進、機能阻害を用いて、とくに[[神経管]]形成のしくみを細胞レベルで明らかにするために非常に適したモデル生物であり、[[神経管閉鎖不全]]などの病因・病態解明に寄与している。

=== 遺伝学研究 ===

　他のモデル生物に比べ遺伝学研究が遅れているが、[[遺伝子導入]]（[[トランスジェニック]]）は[[wikipedia:ja:精子|精子]][[wikipedia:ja:核移植|核移植]]を用いた[[REMI法]]（restriction enzyme-mediated integration）[10]などにより多数の系統が作出されている。神経系への直接の影響を観察する神経科学においては遺伝子導入に[[電気窄孔（electroporation）法]]が用いられ、[[神経発生期]]での特定遺伝子の[[過剰発現]]による脳の形態異常や遺伝子発現変化などの解析で効果を挙げている。また、[[微小電極]]を用いて単一[[ニューロン]]あるいは[[グリア細胞]]へ遺伝子導入する方法も確立されている[11]。遺伝子ばかりでなくタンパク質や[[蛍光デキストラン]]など標識化合物など電荷をもった分子を導入できことから高分解能での解析が可能となっている。

　機能阻害実験に関しては現時点で[[遺伝子破壊]]が不可能であり、[[アンチセンスモルフォリノオリゴヌクレオチド]]（MO）がいわゆる[[ノックダウン]]実験に用いられる。4倍体であるため遺伝子によってはノックダウン効率を高めるために、倍化によって生じた相同な遺伝子（ホメオログ）に対する2種類のMOを用いる必要があるが、MOによるノックダウン実験は一般的な方法となっている[12, 13]。とくに神経科学においては、16もしくは32細胞期の背側および動物極側割球に選択的にmRNAを注入することにより初期発生への影響を排除して中枢神経系への影響を観察できることはアフリカツメガエルの有利性のひとつである。

== 参考文献 ==
[1] Harland, R.M. and Grainger, R.M. Trends Genet.27, 507-515, 2011
[2] Melton, D.A. et al. Nuc. Acid Res.12, 7035-7056, 1984
[3] Fukuda, K. Nature 335, 355-358, 1988
[4] Frech, G.C. Nature 340, 642-645, 1989
[5] Spemann, H., and Mangold, H. Roux Arch. f. Entw. mech. 100,599-638, 1924
[6] Suzuki, A. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 10255-10259, 1994
[7] Zimmerman, L.B.et al. Cell 86, 599-606, 1996
[8] Piccolo, S. et al.Cell 86, 589-598, 1996
[9] Iemura, S. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 9337-9342, 1998
[10] Kroll, K.L. and Amaya, E. Development 122, 3173-3183, 1996
[11] Haas K. et al. Differentiation 70, 148-154, 2002
[12] Nutt, S.L. Genesis 30, 110-113, 2001
[13] Tandon, P. et al. Methods Mol. Biol. 853, 29-46, 2012

（執筆者：上野直人　担当編集者：大隅典子）

アフリカツメガエル

2012-07-05T05:31:30Z

Naotoueno:

{{Taxobox
| name = African clawed frog
| status = LC | status_system = IUCN3.1
| trend = up
| image = Xenopus laevis 1.jpg
| image_width = 240px
| regnum = [[Animal]]ia
| phylum = [[Chordate|Chordata]]
| classis = [[Amphibia]]
| ordo = [[Anura]]
| familia = [[Pipidae]]
| genus = ''[[Xenopus]]''
| species = '''''X. laevis'''''
| binomial = ''Xenopus laevis''
| binomial_authority = [[François Marie Daudin|Daudin]], 1802
}} 学名：''Xenopus laevis''　英語名： African clawed frog　独：Afrikanischer Krallenfrosch　仏：xénope du Cap

　アフリカ原産の[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]（[[wikipedia:ja:両生類|両生類]]）。古くは妊婦の尿中に含まれる[[wikipedia:ja:ヒト|ヒト]][[wikipedia:ja:絨毛性ゴナドトロピン|絨毛性ゴナドトロピン]]（hCG）に応答し[[wikipedia:ja:排卵|排卵]]することから[[wikipedia:ja:妊娠|妊娠]]検査に用いられていたが、[[wikipedia:ja:卵|卵]]が比較的大きく（直径約1.2 mm）[[wikipedia:ja:胚|胚]]操作が容易であることから生物学、医学研究における[[モデル生物]]として世界に拡散し長い間重用されてきた。飼育は20℃前後で行われ比較的容易であるが、世代交代時間が1-2年と長く遺伝学には不向きとされている。近縁種の[[wikipedia:Western clawed frog|ネッタイツメガエル]]''Xenopus tropicalis''はアフリカツメガエルの[[wikipedia:ja:染色体|染色体]]が偽4倍体であるのに対して2倍体であること、最近[[wikipedia:ja:ゲノム|ゲノム]]解読が終了したことなどからネッタイツメガエルも近年遺伝学を可能にする両生類モデル生物として拡大しつつある[1]。

== 神経科学に於ける利用 ==

=== 卵母細胞発現系 ===

　神経科学においては、アフリカツメガエル[[wikipedia:ja:卵母細胞|卵母細胞]]は[[wikipedia:ja:タンパク質|タンパク質]][[wikipedia:ja:翻訳|翻訳]]系として用いられてきた。とくに1980年代になって[[wikipedia:SP6 RNA polymerase|SP6]][[プロモーター]]を用いて特定の[[wikipedia:ja:cDNA|cDNA]]から[[wikipedia:ja:mRNA|mRNA]]を合成することが可能になった[2] こともあり、[[wikipedia:ja:未受精卵|未受精卵]]および胚内へのmRNAの顕微注入により発現させた機能タンパク質の生物活性評価に用いられている。とく卵母細胞での[[wikipedia:ja:膜タンパク質|膜タンパク質]]の翻訳と[[パッチクランプ法]]などの電気生理実験を組み合わせて[[アセチルコリン受容体]][3] を含む多くの重要な[[受容体]]、[[チャネル]]分子の同定がなされている（図左）。同様の手法を用いて、mRNAプールからの発現クローニングも可能である[4] 。 [[Image:スライド1.jpg|thumb|400px|'''図　卵母細胞発現系による機能解析'''<br>図は森田仁博士による。]]

=== 発生 ===

　一方、アフリカツメガエルは[[初期発生]]における[[細胞分化]]、[[形態形成]]の研究においても発展に大きく寄与しており、神経科学への貢献も無視できない。1920年代に[[wikipedia:Hans Spemann|Hans Spemann]]は両生類である[[wikipedia:ja:サンショウウオ|サンショウウオ]]初期[[wikipedia:ja:原腸胚|原腸胚]]の[[オーガナイザー領域]]（[[原口背唇部]]）を腹側に移植すると、頭部など[[中枢神経系]]が重複した2次胚ができることを発見し[[神経誘導因子]]の存在を予見した[5]。この神経誘導因子の同定にアフリカツメガエル胚を用いた実験は重要な役割を果たした。

　mRNAの顕微注入による機能評価が可能であることから、1990年代には移植実験の代わりにmRNAを腹側の[[wikipedia:ja:割球|割球]]にだけ注入するという実験が行われ（図右）、[[骨形成タンパク質]]（bone moephogenetic protein, BMP）シグナルを遮断する[[ドミナントネガティブ]]受容体[6]やオーガナイザー領域で発現する[[BMP活性阻害因子]]（[[ノギン]][7]、[[コーディン]]、[[フォリスタチン]]）[8]がオーガナイザー同様に2次軸形成能をもつことが明らかにされ、神経誘導活性をもつオーガナイザー因子の存在が分子同定によって明らかになった。

　[[wikipedia:ja:胞胚期|胞胚期]]の[[動物極]]側細胞集団（[[アニマルキャップ]]）は誘導因子の非存在下では[[wikipedia:ja表皮|表皮]]分化するが、解離して培養すると神経に分化することも知られていた。現在、アニマルキャップに存在するBMPが神経分化を抑制しており、その除去または活性阻害により神経分化が進むと解釈されている。このようにアフリカツメガエルは簡便な神経分化の評価系として有効である。

　また、アフリカツメガエルは母胎外で発生するため、[[中枢神経系]]の初期形態形成を[[wikipedia:ja:|実体顕微鏡]]下で直接観察できるという大きな利点がある。過剰発現による機能亢進、機能阻害を用いて、とくに[[神経管]]形成のしくみを細胞レベルで明らかにするために非常に適したモデル生物であり、[[神経管閉鎖不全]]などの病因・病態解明に寄与している。

=== 遺伝学研究 ===

　他のモデル生物に比べ遺伝学研究が遅れているが、[[遺伝子導入]]（[[トランスジェニック]]）は[[wikipedia:ja:精子|精子]][[wikipedia:ja:核移植|核移植]]を用いた[[REMI法]]（restriction enzyme-mediated integration）などにより多数の系統が作出されている。神経系への直接の影響を観察する神経科学においては遺伝子導入に[[電気窄孔（electroporation）法]]が用いられ、[[神経発生期]]での特定遺伝子の[[過剰発現]]による脳の形態異常や遺伝子発現変化などの解析で効果を挙げている。また、[[微小電極]]を用いて単一[[ニューロン]]あるいは[[グリア細胞]]へ遺伝子導入する方法も確立されている。遺伝子ばかりでなくタンパク質や[[蛍光デキストラン]]など標識化合物など電荷をもった分子を導入できことから高分解能での解析が可能となっている。

　機能阻害実験に関しては現時点で[[遺伝子破壊]]が不可能であり、[[アンチセンスモルフォリノオリゴヌクレオチド]]（MO）がいわゆる[[ノックダウン]]実験に用いられる。4倍体であるため遺伝子によってはノックダウン効率を高めるために、倍化によって生じた相同な遺伝子（ホメオログ）に対する2種類のMOを用いる必要があるが、MOによるノックダウン実験は一般的な方法となっている。とくに神経科学においては、16もしくは32細胞期の背側および動物極側割球に選択的にmRNAを注入することにより初期発生への影響を排除して中枢神経系への影響を観察できることはアフリカツメガエルの有利性のひとつである。

=== 参考文献 ===
[1] Harland, R.M. and Grainger, R.M. Trends Genet.27, 507-515, 2011
[2] Melton, D.A. et al. Nuc. Acid Res.12, 7035-7056, 1984
[3] Fukuda, K. Nature 335, 355-358, 1988
[4] Frech, G.C. Nature 340, 642-645, 1989
[5] Spemann, H., and Mangold, H. Roux Arch. f. Entw. mech. 100,599-638, 1924
[6] Zimmerman, L.B.et al. Cell 86, 599-606, 1996
[7] Piccolo, S. et al.Cell 86, 589-598, 1996
[8] Iemura, S. et al. Proc.Natl. Acad. Sci. USA 95, 9337-9342, 1998
[9]

（執筆者：上野直人　担当編集者：大隅典子）

アフリカツメガエル

2012-05-18T06:13:25Z

Naotoueno:

{{Taxobox
| name = African clawed frog
| status = LC | status_system = IUCN3.1
| trend = up
| image = Xenopus laevis 1.jpg
| image_width = 240px
| regnum = [[Animal]]ia
| phylum = [[Chordate|Chordata]]
| classis = [[Amphibia]]
| ordo = [[Anura]]
| familia = [[Pipidae]]
| genus = ''[[Xenopus]]''
| species = '''''X. laevis'''''
| binomial = ''Xenopus laevis''
| binomial_authority = [[François Marie Daudin|Daudin]], 1802
}} 学名：''Xenopus laevis''　英語名： African clawed frog　独：Afrikanischer Krallenfrosch　仏：xénope du Cap

　アフリカ原産の[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]（[[wikipedia:ja:両生類|両生類]]）。古くは妊婦の尿中に含まれる[[wikipedia:ja:ヒト|ヒト]][[wikipedia:ja:絨毛性ゴナドトロピン|絨毛性ゴナドトロピン]]（hCG）に応答し[[wikipedia:ja:排卵|排卵]]することから[[wikipedia:ja:妊娠|妊娠]]検査に用いられていたが、[[wikipedia:ja:卵|卵]]が比較的大きく（直径約1.2 mm）[[wikipedia:ja:胚|胚]]操作が容易であることから生物学、医学研究における[[モデル生物]]として世界に拡散し長い間重用されてきた。飼育は20℃前後で行われ比較的容易であるが、世代交代時間が1-2年と長く遺伝学には不向きとされている。近縁種の[[wikipedia:ja:ネッタイツメガエル|ネッタイツメガエル]]''Xenopus tropicalis''はアフリカツメガエルの[[wikipedia:ja:染色体|染色体]]が偽4倍体であるのに対して2倍体であること、最近[[wikipedia:ja:ゲノム|ゲノム]]解読が終了したことなどからネッタイツメガエルも近年遺伝学を可能にする両生類モデル生物として拡大しつつある。

== 神経科学に於ける利用 ==

=== 卵母細胞発現系 ===

　神経科学においては、アフリカツメガエル[[wikipedia:ja:卵母細胞|卵母細胞]]は[[wikipedia:ja:タンパク質|タンパク質]][[wikipedia:ja:翻訳|翻訳]]系として用いられてきた。とくに1980年代になって[[wikipedia:SP6 RNA polymerase|SP6]][[プロモーター]]を用いて特定の[[wikipedia:ja:cDNA|cDNA]]から[[wikipedia:ja:mRNA|mRNA]]を合成することが可能になったこともあり、[[wikipedia:ja:未受精卵|未受精卵]]および胚内へのmRNAの顕微注入により発現させた機能タンパク質の生物活性評価に用いられている。とく卵母細胞での[[wikipedia:ja:膜タンパク質|膜タンパク質]]の翻訳と[[パッチクランプ法]]などの電気生理実験を組み合わせて[[アセチルコリン受容体]]を含む多くの重要な[[受容体]]、[[チャネル]]分子の同定がなされている。同様の手法を用いて、mRNAプールからの発現クローニングも可能である。 [[Image:スライド1.jpg|卵母細胞発現系による機能解析（図は森田仁博士による）]]

=== 発生 ===

　一方、アフリカツメガエルは[[初期発生]]における[[細胞分化]]、[[形態形成]]の研究においても発展に大きく寄与しており、神経科学への貢献も無視できない。1920年代に[[wikipedia:Hans Spemann|Hans Spemann]]は両生類である[[wikipedia:ja:サンショウウオ|サンショウウオ]]初期[[wikipedia:ja:原腸胚|原腸胚]]の[[オーガナイザー領域]]（[[原口背唇部]]）を腹側に移植すると、頭部など[[中枢神経系]]が重複した2次胚ができることを発見し[[神経誘導因子]]の存在を予見した。この神経誘導因子の同定にアフリカツメガエル胚を用いた実験は重要な役割を果たした。

　mRNAの顕微注入による機能評価が可能であることから、1990年代には移植実験の代わりにmRNAを腹側の[[wikipedia:ja:割球|割球]]にだけ注入するという実験が行われ、[[骨形成タンパク質]]（bone moephogenetic protein, BMP）シグナルを遮断する[[ドミナントネガティブ]]受容体やオーガナイザー領域で発現する[[BMP活性阻害因子]]（[[ノギン]]、[[コーディン]]、[[フォリスタチン]]）がオーガナイザー同様に2次軸形成能をもつことが明らかにされ、神経誘導活性をもつオーガナイザー因子の存在が分子同定によって明らかになった。

　[[wikipedia:ja:胞胚期|胞胚期]]の[[動物極]]側細胞集団（[[アニマルキャップ]]）は誘導因子の非存在下では[[wikipedia:ja表皮|表皮]]分化するが、解離して培養すると神経に分化することも知られていた。現在、アニマルキャップに存在するBMPが神経分化を抑制しており、その除去または活性阻害により神経分化が進むと解釈されている。このようにアフリカツメガエルは簡便な神経分化の評価系として有効である。

　また、アフリカツメガエルは母胎外で発生するため、[[中枢神経系]]の初期形態形成を[[wikipedia:ja:|実体顕微鏡]]下で直接観察できるという大きな利点がある。過剰発現による機能亢進、機能阻害を用いて、とくに[[神経管]]形成のしくみを細胞レベルで明らかにするために非常に適したモデル生物であり、[[神経管閉鎖不全]]などの病因・病態解明に寄与している。

=== 遺伝学研究 ===

　他のモデル生物に比べ遺伝学研究が遅れているが、[[遺伝子導入]]（[[トランスジェニック]]）は[[wikipedia:ja:精子|精子]][[wikipedia:ja:核移植|核移植]]を用いた[[REMI法]]（restriction enzyme-mediated integration）などにより多数の系統が作出されている。神経系への直接の影響を観察する神経科学においては遺伝子導入に[[電気窄孔（electroporation）法]]が用いられ、[[神経発生期]]での特定遺伝子の[[過剰発現]]による脳の形態異常や遺伝子発現変化などの解析で効果を挙げている。また、[[微小電極]]を用いて単一[[ニューロン]]あるいは[[グリア細胞]]へ遺伝子導入する方法も確立されている。遺伝子ばかりでなくタンパク質や[[蛍光デキストラン]]など標識化合物など電荷をもった分子を導入できことから高分解能での解析が可能となっている。

　機能阻害実験に関しては現時点で[[遺伝子破壊]]が不可能であり、[[アンチセンスモルフォリノオリゴヌクレオチド]]（MO）がいわゆる[[ノックダウン]]実験に用いられる。4倍体であるため遺伝子によってはノックダウン効率を高めるために、倍化によって生じた相同な遺伝子（ホメオログ）に対する2種類のMOを用いる必要があるが、MOによるノックダウン実験は一般的な方法となっている。とくに神経科学においては、16もしくは32細胞期の背側および動物極側割球に選択的にmRNAを注入することにより初期発生への影響を排除して中枢神経系への影響を観察できることはアフリカツメガエルの有利性のひとつである。

<br> （執筆者：上野直人　担当編集者：大隅典子）

ファイル:Xenopus Fig1.jpg

2012-05-18T06:06:39Z

Naotoueno:

アフリカツメガエル

2012-05-10T04:47:02Z

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アフリカ原産のカエル（両生類）で学名はXenopus laevis。古くは妊婦の尿中に含まれるヒト絨毛性ゴナドトロピン（hCG）に応答し排卵することから妊娠検査に用いられていたが、卵が比較的大きく（直径約1.2 mm）胚操作が容易であることから生物学、医学研究におけるモデル生物として世界に拡散し長い間重用されてきた。飼育は20℃前後で行われ比較的容易であるが、世代交代時間が1-2年と長く遺伝学には不向きとされている。近縁種のネッタイツメガエルXenopus tropicalisはアフリカツメガエルの染色体が偽4倍体であるのに対して2倍体であること、最近ゲノム解読が終了したことなどからネッタイツメガエルも近年遺伝学を可能にする両生類モデル生物として拡大しつつある。

神経科学においては、アフリカツメガエル卵母細胞はタンパク質翻訳系として用いられてきた。とくに1980年代になってSP6プロモーターを用いて特定のcDNAからmRNAを合成することが可能になったこともあり、未受精卵および胚内へのmRNAの顕微注入により発現させた機能タンパク質の生物活性評価に用いられている。とく卵母細胞での膜タンパク質の翻訳とパッチクランプ法などの電気生理実験を組み合わせてアセチルコリン受容体を含む多くの重要な受容体、チャネル分子の同定がなされている。同様の手法を用いて、mRNAプールからの発現クローニングも可能である。

一方、アフリカツメガエルは初期発生における細胞分化、形態形成の研究においても発展に大きく寄与しており、神経科学への貢献も無視できない。1920年代にHans Spemannは両生類であるサンショウウオ初期原腸胚のオーガナイザー領域（原口背唇部）を腹側に移植すると、頭部など中枢神経系が重複した2次胚ができることを発見し神経誘導因子の存在を予見した。この神経誘導因子の同定にアフリカツメガエル胚を用いた実験は重要な役割を果たした。mRNAの顕微注入による機能評価が可能であることから、1990年代には移植実験の代わりにmRNAを腹側の割球にだけ注入するという実験が行われ、骨形成タンパク質（bone moephogenetic protein, BMP）シグナルを遮断するドミナントネガティブ受容体やオーガナイザー領域で発現するBMP活性阻害因子（ノギン、コーディン、フォリスタチン）がオーガナイザー同様に2次軸形成能をもつことが明らかにされ、神経誘導活性をもつオーガナイザー因子の存在が分子同定によって明らかになった。胞胚期の動物極側細胞集団（アニマルキャップ）は誘導因子の非存在下では表皮分化するが、解離して培養すると神経に分化することも知られていた。現在、アニマルキャップに存在するBMPが神経分化を抑制しており、その除去または活性阻害により神経分化が進むと解釈されている。このようにアフリカツメガエルは簡便な神経分化の評価系として有効である。

他のモデル生物に比べ遺伝学研究が遅れているが、遺伝子導入（トランスジェニック）は精子核移植を用いたREMI法（restriction enzyme-mediated integration）などにより多数の系統が作出されている。神経系への直接の影響を観察する神経科学においては遺伝子導入に電気窄孔（electroporation）法が用いられ、神経発生期での特定遺伝子の過剰発現による脳の形態異常や遺伝子発現変化などの解析で効果を挙げている。また、微小電極を用いて単一ニューロンあるいはグリア細胞へ遺伝子導入する方法も確立されている。遺伝子ばかりでなくタンパク質や蛍光デキストランなど標識化合物など電荷をもった分子を導入できことから高分解能での解析が可能となっている。

機能阻害実験に関しては現時点で遺伝子破壊が不可能であり、アンチセンスモルフォリノオリゴヌクレオチド（MO）がいわゆるノックダウン実験に用いられる。4倍体であるため遺伝子によってはノックダウン効率を高めるために、倍化によって生じた相同な遺伝子（ホメオログ）に対する2種類のMOを用いる必要があるが、MOによるノックダウン実験は一般的な方法となっている。とくに神経科学においては、16もしくは32細胞期の背側および動物極側割球に選択的にmRNAを注入することにより初期発生への影響を排除して中枢神経系への影響を観察できることはアフリカツメガエルの有利性のひとつである。

また、アフリカツメガエルは母胎外で発生するため、中枢神経系の初期形態形成を実体顕微鏡下で直接観察できるという大きな利点がある。過剰発現による機能亢進、機能阻害を用いて、とくに神経管形成のしくみを細胞レベルで明らかにするために非常に適したモデル生物であり、神経管閉鎖不全などの病因・病態解明に寄与している。