「Gastrulation brain homeoboxファミリー」の版間の差分

　これまで、''Gbx1''についてはヒト<ref name=Matsui1993a><pubmed>8097731</pubmed></ref>、マウス<ref name=Murtha1991><pubmed>1720547</pubmed></ref><ref name=Waters2003><pubmed>12799077</pubmed></ref>、ニワトリ<ref name=Fainsod1989><pubmed>2473919</pubmed></ref><ref name=Obinata2001><pubmed>11162634</pubmed></ref>、[[ゼブラフィッシュ]]<ref name=Kikuta2003><pubmed>14579382</pubmed></ref><ref name=Rhinn2003><pubmed>12963112</pubmed></ref>、''Gbx2''に関しては、ヒト<ref name=Chapman1995><pubmed>7758585</pubmed></ref><ref name=Lin1996><pubmed>8838315</pubmed></ref><ref name=Matsui1993b><pubmed> 7903253 </pubmed></ref>、マウス<ref name=Bulfone1993><pubmed>7687285</pubmed></ref><ref name=Murtha1991><pubmed>1720547</pubmed></ref>、ニワトリ<ref name=Kowenz-Leutz1997><pubmed>9346236</pubmed></ref><ref name=Niss1998><pubmed>9767154</pubmed></ref>、[[アフリカツメガエル]]<ref name=von_Bubnoff1996><pubmed>8652408</pubmed></ref><ref name=Tour2001><pubmed>11684099</pubmed></ref>、ゼブラフィッシュ<ref name=Kikuta2003><pubmed>14579382</pubmed></ref><ref name=Rhinn2003><pubmed>12963112</pubmed></ref><ref name=Su2002></ref>などで初期の研究が行われた（'''表1'''）。さらに、原始的脊椎動物である[[無顎類]]、脊椎動物と同じく[[脊索動物]]に属する[[頭索類]]<ref name=Holland2005><pubmed>16144637</pubmed></ref>、そして脊索動物とともに[[後口動物]]とされる[[半索動物]]<ref name=Bouillet1995><pubmed>8601031</pubmed></ref><ref name=Lowe2003><pubmed>12837244</pubmed></ref>と[[棘皮動物]]<ref name=Mito1997><pubmed>9299226</pubmed></ref><ref name=Morris1997><pubmed>9409777</pubmed></ref>でも見出された。また、[[前後軸]]を持つ[[多細胞動物]]のもう一つの主要系統である[[前口動物]]でも、[[節足動物]]（[[ショウジョウバエ]]）（''[[unplugged]]'', ''[[unpg]]''）<ref name=Chiang1995></ref>、[[軟体動物]]<ref name=Mesías-Gansbiller2012><pubmed>22245384</pubmed></ref><ref name=Focareta2014><pubmed>25286399</pubmed></ref><ref name=Wollesen2017><pubmed>28710480</pubmed></ref>、[[環形動物]]で同定された<ref name=Lee2003><pubmed>12718333</pubmed></ref><ref name=Steinmetz2011><pubmed>21210944</pubmed></ref>。さらに近年、これら[[左右相称動物]]のみならず、[[放射相称動物]]である[[刺胞動物]]でも存在が知られるようになった<ref name=He2023><pubmed>37315559</pubmed></ref>。なお、これら無脊椎動物では''Gbx1''と''Gbx2''への[[遺伝子重複]]は確認されていない（'''表1'''）。意外なことに、脊椎動物に最も近縁とされる原始的形質を保持する脊椎動物の[[尾索類]]（[[ホヤ]]、''[[Ciona]]''）のゲノムでは見出されておらず<ref name=Wada2003><pubmed>12736825</pubmed></ref>、この系統では二次的に喪失したと考えられる。

| 放射相称動物 ||  || 刺胞動物 || ''Gbx'' || イソギンチャクモドキ（''Nematostella vectensis''） || <ref name=He2023><pubmed>37315559</pubmed></ref>

|''Gbx1'' || ヒト（''Homo sapiens''）、マウス（''Mus musculus''）、ニワトリ（''Gallus gallus''） || 本文参照

|''Gbx2'' || ヒト、マウス、ニワトリ、アフリカツメガエル（''Xenopus laevis''）、ゼブラフィッシュ（''Danio rerio''） || 本文参照

[[ファイル:Yamasu Gbx family Fig1.jpg|サムネイル|'''図1. Gbxタンパク質の構造と保存配列'''<br>'''A.''' Gbxタンパク質の構造の模式図。代表としてヒトGBX1とＧBX2について、アミノ酸の位置を下に示す。CD1配列とNCR配列の範囲はＧBX2についてのみ上に直線で示されている。<br>'''B.''' 脊椎動物のGbx2とGbx1、ショウジョウバエのUnpgとAntp各々のホメオドメインのアラインメント。<br>'''C.''' Gbx2とGbx1のNCR配列のアラインメント。典型的なPro-rich配列はGbx2のみだが、Pro-rich様配列（下線部）がGbx2とGbx1の両者で見られる。<br>'''D.''' Gbx2とGbx1のCD3配列のアラインメント。 h, m, z；各々ヒト、マウス、ゼブラフィッシュを示す。右に最上段の配列との一致度（%）を示す。ただし、NCRについてはGbx2で見られるN末側のPro-rich配列を考慮していない。]]

　ゼブラフィッシュの場合、原腸形成期においてマウスとは発現パターンに大きな違いが見られる。この動物の場合、''gbx1''は、''gbx2''の発現がまだ見られない原腸形成中期（75% epiboly）において、[[Orthodenticle homeobox 2]] (''[[Otx2]]'')の発現する前方脳領域とほぼ相補的に[[神経板]]の後方で広く発現する<ref name=Kikuta2003><pubmed>14579382</pubmed></ref> <ref name=Rhinn2003><pubmed>12963112</pubmed></ref> （'''図2, 3'''）。こうした発現はマウス ''Gbx1'' では知られておらず、下述する[[四足類]]での ''Gbx2'' の発現と一致する。

 

　一方、[[体節]]形成期以降での発現は、マウスに類似している。まず、後脳では前端（r1）で発現が消失する一方、より後方の菱脳節、そして脊髄全域で発現する<ref name=Wang2018><pubmed>29289755</pubmed></ref>（'''図2, 3'''）。[[咽頭胚期]]（30 hpf以降）になると、[[外套]]下部（[[終脳]]腹側）の内側基底核原基領域、そして後脳の[[鰓弓]][[運動ニューロン]]でも発現している<ref name=Rhinn2003><pubmed>12963112</pubmed></ref><ref name=Wang2018><pubmed>29289755</pubmed></ref>。

　マウスおよびニワトリでは、''Otx2'' と ''Gbx2'' の発現は原腸形成期に独立して始まり、重なりがみられるが、原腸形成後に両遺伝子の発現は排他的になり、明確な境界を形成する。なお、この時期に後脳前端で ''Fgf8'' の発現が始まり、峡部オーガナイザーが形成される<ref name=Garda2001><pubmed>11231064</pubmed></ref><ref name=Li2001><pubmed>11748135</pubmed></ref>（'''図2'''）。

E7.5から後方で強く発現する。発現前端はGbx2のものよりやや後方にあり、後方に向けて発現が強くなる。その後、後脳第2–第7菱脳節（r2–r7）、脊髄（脳室帯）、眼胞、内側基底核原基（内側基底核原基）、前脳基底部などで発現が見られる。後脳では特にr3とr5で発現が顕著となる。<br>

　他のホメオドメイン転写因子と同様に、ATTA/TAAT を中心とする DNA 塩基配列を認識する（'''表3'''）。''Gbx1'' については TAATTA 配列に結合し、結果としてタンパク質高次構造に局所的多型が生じることが示された<ref name=Proudfoot2016><pubmed>27396829</pubmed></ref>。GBX2は''ChIP-Seq''による結合塩基配列の網羅的解析から、TAAT を含む多数のゲノム配列に結合することが確認された<ref name=Roeseler2012><pubmed>23144817</pubmed></ref>。培養細胞系では、myeloid growth factor (''MGF'')<ref name=Kowenz-Leutz1997><pubmed>9346236</pubmed></ref>、interleukin-6 (''IL-6'')<ref name=Gao2000><pubmed>10690529</pubmed></ref>、eukaryotic translation elongation factor 1 alpha 1 (''EEF1A1'')<ref name=Roeseler2012><pubmed>23144817</pubmed></ref> 各遺伝子のプロモーター内 TAAT 類似配列に ''Gbx2'' が結合し、転写を活性化する。

　一方、発生制御遺伝子については様相が異なる。''Gbx2'' はゼブラフィッシュにおいて、TAATTA を含む ''fgf8a'' の MHB エンハンサー内配列に結合して転写抑制的に作用する<ref name=Inoue2008><pubmed>18280464</pubmed></ref>。マウスでは、''Otx2'' の前・中脳エンハンサー内にある TAATTA に結合して転写を抑制すること<ref name=Inoue2012><pubmed>22566684</pubmed></ref>、''Lmo3'' の上流領域にある CTAATTAG に結合して''Lhx2''依存性の転写を抑制することが報告されている<ref name=Chatterjee2012><pubmed>23136391</pubmed></ref>。実際、少なくとも発生初期の脳形成においては、直接の制御かどうかは不明であるものの、多くの脳形成制御遺伝子に対して発現抑制効果が観察されている。なお、アフリカツメガエルおよびゼブラフィッシュにおいて、''Gbx2'' には前・中脳形成抑制活性が見られるが、VP16 の転写活性化領域、あるいは Engrailed の転写抑制領域を用いたキメラ遺伝子の過剰発現が示す効果から、''Gbx2'' タンパク質が転写抑制因子として働くことが示唆された<ref name=Tour2002><pubmed>11850185</pubmed></ref><ref name=Nakayama2013><pubmed>23933069</pubmed></ref>。

　この様に''Gbx'' タンパク質は状況に応じて転写活性化因子、転写抑制因子の両方の機能する。実際、''Gbx2'' 下流遺伝子に関する網羅的解析でも、遺伝子発現の活性化、抑制の両方に関与することが示されている<ref name=Mallika2015><pubmed>26297811</pubmed></ref><ref name=Roeseler2012><pubmed>23144817</pubmed></ref><ref name=Nakayama2017><pubmed>28756106</pubmed></ref>。''Gbx'' で見られる保存領域の役割については、ゼブラフィッシュ胚で欠失導入の効果が検討されており<ref name=Nakayama2013><pubmed>23933069</pubmed></ref>、''Gbx2'' の前・中脳の形成抑制活性には NCR 内の Eh1 配列と CD4 配列の双方が寄与することが示された。''Gbx2'' による前方脳抑制活性に Eh1 配列が必要であることは[[メダカ]]でも観察されており、この場合、Groucho/Tle4 との結合が必要とされた<ref name=Heimbucher2007><pubmed>17060451</pubmed></ref>。''Gbx2'' は神経堤細胞の形成にも関与するが、これに由来する[[色素細胞]]の分化制御には ''Gbx2'' の N 末領域の関与が報告されている<ref name=Hozumi2018><pubmed>29787751</pubmed></ref>

| [[ChIP-Seq]]で網羅的に同定されたGBX2結合配列

| ニワトリ MGF プロモーター

| ヒト IL-6 プロモーター

| EEF1A1 プロモーター

| ゼブラフィッシュ fgf8a MHB エンハンサー

| マウス Otx2 前中脳エンハンサー

| マウス Lmo3 プロモーター

　中枢神経系原基である[[神経板]]は発生初期に神経誘導により背側外胚葉から生じるが、この領域は前後軸に沿って前脳、中脳、後脳、そして脊髄に部域化される。中脳と後脳の境界、すなわち中脳後脳境界は、峡部オーガナイザー（isthmic organizer）とも呼ばれ、中脳および前部後脳の発生を誘導するシグナルセンターであることが移植実験により示されている<ref name=Nakamura2001><pubmed>11163885</pubmed></ref><ref name=Hidalgo-Sanchez2022><pubmed>35401126</pubmed></ref>。

　中脳後脳境界/峡部領域の形成を制御する遺伝子カスケードの概略は明らかになっている<ref name=Rhinn2001><pubmed>11179870</pubmed></ref><ref name=Wassef1997><pubmed>9509514</pubmed></ref><ref name=Nakamura2001><pubmed>11163885</pubmed></ref><ref name=Wurst2001><pubmed>11253000</pubmed></ref><ref name=Dworkin2013><pubmed>23307071</pubmed></ref><ref name=Martinez2013><pubmed>23805080</pubmed></ref>（'''図2'''）。これまでに解析されたすべての脊椎動物において、''Otx2'' と ''Gbx'' が 中脳後脳境界近傍で最も早期に発現する。''Otx2'' は様々な動物種で前方形成に関わる遺伝子であり、脊椎動物胚では、原腸形成初期に前方神経外胚葉で広く発現する<ref name=Li1994><pubmed>7893604</pubmed></ref><ref name=Simeone1993><pubmed>8101484</pubmed></ref>。一方''Gbx'' は初期原腸期から後方神経板で広く発現し、両者が相互に発現を抑制し合う結果、神経板において明瞭な発現境界が形成される。生じた ''Otx2''–''Gbx'' 境界周辺では原腸形成終期以降、[[Paired box gene 2]] (''[[Pax2]]'')、[[Fibroblast growth factor 8]] (''[[Fgf8]]'')、[[Wingless-type MMTV integration site family, member 1]] (''[[Wnt1]]'')などが独立して発現を開始する結果、中脳後脳境界領域が確立され（確立段階）、さらにこの部位で初期中脳後脳境界遺伝子の相互調節ループが形成される（維持段階）<ref name=Rhinn2001><pubmed>11179870</pubmed></ref>。続いて、これらの初期中脳後脳境界遺伝子の下流で形成される遺伝子制御ネットワークが峡部を形成するとともに、[[分泌]]シグナルを介して中脳と後脳、特に小脳の発生を誘導する<ref name=Martinez-Barbera2001><pubmed> 11731459 </pubmed></ref><ref name=Mason2000><pubmed>11103948</pubmed></ref>（'''図2'''）。以下、中脳後脳境界・峡部の形成で ''Gbx'' が果たす役割に関して説明するが、留意すべきは、発現から予想されるように、中脳後脳境界の決定に関わる ''Gbx'' 遺伝子が、四足類では ''Gbx2''、ゼブラフィッシュでは ''gbx1'' とされることである。

:　''Gbx2'' 遺伝子破壊（ノックアウト, KO）マウス胚では、峡部、小脳、そして r1-3 が欠損する一方で、中脳は尾側に拡大していた<ref name=Wassarman1997><pubmed>9247335</pubmed></ref>。この実験は、峡部発生、そして結果的には小脳と中脳の発生において ''Gbx2'' が不可欠であることを初めて示したものである。一方、''Otx2'' を後脳前方に異所的に発現させたノックインマウスでは、新たに生じた ''Otx2'' の発現後端に従って中脳後脳境界遺伝子の発現領域も後方へシフトしていた<ref name=Broccoli1999><pubmed>10490025</pubmed></ref>。これに対し、''Gbx2'' を中脳後方に異所的に発現させたノックインマウスでは、''Gbx2'' の発現前端とともに中脳後脳境界遺伝子の発現について前方へのシフトが見られた<ref name=Millet1999><pubmed>10490024</pubmed></ref>。以上より、原腸形成時における ''Otx2'' と ''Gbx2'' の発現境界が中脳後脳境界の位置を決定すると考えられる<ref name=Simeone2000><pubmed>10827447</pubmed></ref><ref name=Joyner2000><pubmed>11063941</pubmed></ref>。また、中脳-r1 領域に ''Gbx2'' を異所的に発現させると、中脳、小脳が欠損することから<ref name=Sunmonu2009><pubmed>19603509</pubmed></ref>、''Gbx2'' は前方脳の形成には抑制的であると考えられる。中脳後脳境界遺伝子（''Fgf8'', ''Wnt1'', ''Pax2'', ''En''）の発現開始は ''Otx2'' 及び ''Gbx2'' とは独立して起きるが、その後の発現制御には ''Otx2-Gbx2'' 相互作用が必要である<ref name=Li2001><pubmed>11748135</pubmed></ref><ref name=Li2005><pubmed>15790971</pubmed></ref><ref name=Liu2001><pubmed>11124114</pubmed></ref><ref name=Garda2001><pubmed>11231064</pubmed></ref><ref name=Hidalgo-Sanchez2002><pubmed>11803577</pubmed></ref><ref name=Sunmonu2011><pubmed>21266408</pubmed></ref>。近年、ヒト[[ES細胞]]から誘導された前方後脳細胞では ''[[SOX1]]'' が高発現して ''GBX2'' を活性化すること、''SOX1'' の発現は ''OTX2'' により抑制されることが観察されており、こうした機構も 中脳後脳境界の維持と後脳前方の発生に寄与すると考えられている<ref name=Liu2020><pubmed>32905879</pubmed></ref>。

:　mRNA 注入による過剰発現実験<ref name=Kikuta2003><pubmed>14579382</pubmed></ref>の結果、''gbx1'', ''gbx2'' のいずれにも、マウスなどの[[羊膜類]]や両生類の ''Gbx2'' と同様に、前・中脳形成を抑制する活性が見られた。ただし、低レベルでの強制発現では異常が峡部に限定されており、中脳後脳境界/峡部が ''gbx'' に対して高い感受性を有すると考えられる<ref name=Nakayama2013><pubmed>23933069</pubmed></ref>。熱ショック誘導性 ''gbx2'' 構築（hsp-gbx2）を用いた時期特異的な強制発現実験により、中脳後脳境界/峡部の形成において ''otx2-gbx'' の抑制的相互作用が決定的になるのは原腸形成の終了前後であるとされた。

:　なお、ゼブラフィッシュの場合、中脳後脳境界領域において神経分化が抑制されており、この未分化状態がシグナルセンターとしての機能に重要と考えられている。この神経分化抑制に関わる主要遺伝子として[[basic-helix-loop-helix]] ([[bHLH]])遺伝子の ''her5'' が知られており<ref name=Geling2003><pubmed>12620984</pubmed></ref>、同様の峡部オーガナイザーの維持機能はマウス ''[[Hes1]]/[[Hes3]]'' でも報告されている<ref name=Hirata2001><pubmed>11500373</pubmed></ref>。上記の''hsp-gbx2'' の誘導実験により、''gbx2'' は ''her5'' の発現領域を限定することでシグナルセンターの維持に寄与する<ref name=Nakayama2017><pubmed>28756106</pubmed></ref>。

　''Gbx2'' の KO マウスでは、峡部に由来する[[峡部核]]、小脳、[[青斑核]]、[[三叉神経運動核]]（[[第V運動神経]]）が欠損しており、この遺伝子が小脳と後脳前方領域の発生に不可欠であることが示されていた<ref name=Wassarman1997><pubmed>9247335</pubmed></ref>。その後、''Gbx2'' [[ハイポモルフ変異]]マウスを用いて行われた研究では、後脳前方の異なる領域ごとに必要な ''Gbx2'' の発現レベルが違うこと、r1 の前方と r2 の発生がもっとも高い ''Gbx2'' の発現を必要とすることが示されている<ref name=Waters2006><pubmed>16651541</pubmed></ref>。また、[[コンディショナルノックアウト法]]（cKO）により E9 以降に後脳 r1 で ''Gbx2'' を欠損させたマウス胚の解析からは、この時期における ''Gbx2'' の機能が ''Otx2'' の発現抑制ではなく、峡部オーガナイザー遺伝子の発現維持であること、''Otx2'' の抑制は ''Fgf8'' によって担われており、''Gbx2'' のはたらきは ''Fgf8'' の発現領域の決定であることが示唆された<ref name=Li2002><pubmed>12367504</pubmed></ref>。同様のコンディショナルノックアウト法により、''Gbx2'' は後脳自体の分化にも不可欠とされた<ref name=Sunmonu2011><pubmed>21266408</pubmed></ref>。一方、[[誘導性遺伝学的発生運命追跡法]]（[[inducible genetic fate mapping]], [[IGFM]]）により、マウス胚[[小脳原基]]の ''Gbx2'' 発現細胞は、E7.5 から E11.5 までの異なる時期に、[[プルキンエ細胞]]、[[顆粒細胞]]、そして深部[[小脳核]]ニューロンへの分化運命の選択を行うことが明らかにされている<ref name=Hagan2017><pubmed>28785208</pubmed></ref>。

　一方、ゼブラフィッシュ体節形成期胚において、後脳前端の ''gbx2'' 発現細胞を追跡した実験では、''gbx2'' 細胞は後方に移動し、[[網様体]]脊髄ニューロンなどに分化するとされた<ref name=Tsuda2019><pubmed>30222999</pubmed></ref>。また、''gbx2'' のノックダウン実験では、r2、r3、r5 における[[細胞死]]の増加、後脳前方の短縮、r2 および r3 における第V脳神経[[細胞体]]の異常なクラスター形成が認められており、真骨魚類の ''gbx2'' も哺乳類と同様に後脳前方領域のパターン形成に関わると考えられる<ref name=Burroughs-Garcia2011><pubmed>21360792</pubmed></ref>。さらに、ゼブラフィッシュの ''gbx1'' と ''gbx2'' はそれぞれ後脳内の運動ニューロン・神経前駆細胞と[[グリシン]]作動性ニューロンの分化を制御すること、[[Retinoblastoma 1]] タンパク質（[[Rb1]]）が ''Gbx/gbx'' の発現を抑制することで後脳形成に関与することが示された<ref name=Zhao2024><pubmed>38570112</pubmed></ref>。

　マウス ''Gbx1'' は、機能は不明ながら内側基底核原基での発現が知られている<ref name=Rhinn2004><pubmed>14745958</pubmed></ref><ref name=Waters2003><pubmed>12799077</pubmed></ref>。ラットでも内側基底核原基と前脳基底部で発現が確認されており、特に[[前脳基底部]]の[[コリン]]作動神経において ''[[Lhx7]]'' との共発現が観察された<ref name=Asbreuk2002><pubmed>11801365</pubmed></ref>。

　マウス ''Gbx2''は、E12.5 の時期に大脳基底核、特に内側基底核原基で発現する<ref name=Bulfone1993><pubmed>7687285</pubmed></ref><ref name=Rhinn2004><pubmed>14745958</pubmed></ref>。誘導性遺伝学的発生運命追跡法により、内側基底核原基で生じて接線方向に移動する ''Gbx2'' 発現細胞からは線条体のコリン作動性介在ニューロンが生じるのに対し、放射状移動をする ''Gbx2'' 発現細胞は主に前脳基底部において GABA作動性ニューロンや他の非コリン作動性ニューロンに分化するとされた。変異マウス解析では、''Gbx2'' が、線条体のコリン作動性ニューロンの移動に必要であること、内側基底核原基 でのコリン作動性ニューロンの分化において ''[[Lhx8]]'' の下流で機能することも確認された<ref name=Chen2010><pubmed>21048141</pubmed></ref><ref name=Zhao2003><pubmed>12855770</pubmed></ref>。

　マウスやニワトリの場合、''Gbx2'' は異なる視床核の神経前駆細胞において特定の発生段階で発現し、各前駆細胞の分化を制御すると考えられている<ref name=Bulfone1993><pubmed>7687285</pubmed></ref><ref name=Miyashita-Lin1999><pubmed>10436162</pubmed></ref><ref name=Larsen2001><pubmed>11425897</pubmed></ref><ref name=Nagalski2016><pubmed>25963709</pubmed></ref>。

　境界形成に必要であり、この作用は分泌因子を介する<ref name=Chen2009><pubmed>19279136</pubmed></ref>。予定視床領域では ''Irx1'' が発現し、''Fez'' 遺伝子とともに視床の前方境界にあたる zona limitans intrathalamica（ZLI）の位置を決定するが<ref name=Scholpp2010><pubmed>20541814</pubmed></ref>、この際、''Gbx2'' は ''Irx1'' の発現を抑制することで視床領域の確立に関与する<ref name=Mallika2015><pubmed>26297811</pubmed></ref>。また、''Gbx2'' は、分裂終了ニューロンからのフィードバック機構を介して視床と同じくプロソメア2（p2）に由来する手綱核の分化を抑制し、視床形成に寄与すること、一方で ''Id4'' と ''Ebf3'' の制御を介して視床での神経発生自体を抑制することが示唆された<ref name=Mallika2015><pubmed>26297811</pubmed></ref>。IGFM 法による ''Gbx2'' 発現細胞の追跡では、異なる視床核群の神経前駆細胞ごとに ''Gbx2'' 発現の時期が異なるとされた<ref name=Chen2009><pubmed>19279136</pubmed></ref>。contitional KO実験でも、各視床核群は異なる時期に ''Gbx2'' を必要とすること、視床核群ごとに ''Gbx2'' への依存度が著しく異なること、などが示されている<ref name=Li2012><pubmed>23056596</pubmed></ref>。''Gbx2'' 変異体では、視床から大脳皮質への軸索について、数の減少と伸長異常が見られており<ref name=Hevner2002><pubmed>11967891</pubmed></ref>、''Gbx2'' は視床皮質投射（TCA）の発達に必須といえる。実際、異なる胚発生段階で ''Gbx2'' を欠損させた実験で、''Gbx2'' が TCA の経路選択と標的決定で継続的に必要とされた。さらに、''Gbx2'' が誘導シグナルに対する TCA の応答性を制御すること、''Gbx2'' が LIM ドメイン因子との相互作用を通して ''Robo'' や ''Lmo3'' の転写を制御することで軸索伸長に関与することも判明している<ref name=Chatterjee2012><pubmed>23136391</pubmed></ref>。

　先に述べたように、ゼブラフィッシュでも原腸形成以降、''gbx2'' は視床で発現が観察される<ref name=Kikuta2003><pubmed>14579382</pubmed></ref>。ヒートショック誘導性 ''gbx2'' を用い、視床での ''gbx2'' の発現開始に先だって ''gbx2'' の過剰発現を行ったところ、視床形成への関与が予想される遺伝子（''irx1b'', ''dbx1a'', ''olig2''）の発現が抑制されており、''gbx2'' は視床の形成において抑制的に作用すると考えられる<ref name=Wang2018><pubmed>29289755</pubmed></ref>。

　''Gbx1'' は脊髄前駆細胞プールでダイナミックな発現変動を示すが、マウスではE12.5 までにその発現は背側の外套層に限局する。実際、''Gbx1'' 欠損マウスでは顕著な運動機能障害、特に後肢の動きの異常が観察されており、この変異体の解析より、''Gbx1'' が脊髄内の固有受容感覚回路の発生、背根内の GABA 作動性介在ニューロン及び腹側の ''ISL1'' 陽性運動ニューロンの発生や維持に関わるとされた<ref name=Buckley2013><pubmed>23418536</pubmed></ref><ref name=Meziane2013><pubmed>24010020</pubmed></ref>。

　''Gbx1'' は ''PAX2'' 陽性背側介在ニューロンおよび腹側運動ニューロンの発生と生存にも関与する<ref name=Buckley2020><pubmed>32244588</pubmed></ref>。''Gbx1'' は E12.5 以降、脊髄後角内の ''LBX1'' 陽性ニューロンの一部でも発現するが、この発現は ''Lbx1'' の機能に依存している。''Gbx1'' はさらに、発生後期以降、''LHX1/5'' 陽性・''PAX2'' 陽性ニューロン、そして脊髄後角における特定の GABA 作動性ニューロンの発生を制御するとされる<ref name=John2005><pubmed> 16193514 </pubmed></ref>。

　''Gbx2'' も後角の ''PAX2'' 陽性介在ニューロンおよび腹側運動ニューロンの前駆細胞で発現する<ref name=Buckley2020><pubmed>32244588</pubmed></ref>。発現細胞系譜の検討により、マウス胚の脊髄においてこれらのニューロンがいずれも ''Gbx2'' 細胞系譜に由来することが示された<ref name=Luu2011><pubmed>21698205</pubmed></ref>。''Gbx2'' 細胞由来の脊髄ニューロンは成体でも維持されるが、脊髄の背側領域に限定され、この細胞系譜が抑制性介在ニューロンを生成する。

　''Gbx2'' はアフリカツメガエルやゼブラフィッシュ胚では移動中の神経堤細胞<ref name=Kikuta2003><pubmed>14579382</pubmed></ref><ref name=von_Bubnoff1996><pubmed>8652408</pubmed></ref>、マウスやニワトリの場合は神経堤細胞の移動先の1つである咽頭弓で発現が観察された<ref name=Bouillet1995><pubmed>8601031</pubmed></ref><ref name=Shamim1998><pubmed>9767156</pubmed></ref>。マウス胚では特に咽頭弓表層外胚葉で ''Gbx2'' の発現が報告されている<ref name=Byrd2005><pubmed>15996652</pubmed></ref>。実際、''Gbx2'' 欠損マウス胚では神経堤細胞の減少（E10.5）、咽頭弓への神経堤細胞の移動ルートの異常（E10.5）、そして咽頭弓由来構造（頭蓋顔面骨格など）の異常が観察された<ref name=Byrd2005><pubmed>15996652</pubmed></ref>。なお、神経堤細胞は心臓原基にも移動して心臓形成に寄与するが（心臓神経堤細胞）、''Gbx2'' 欠損マウス胚において、第4咽頭弓動脈（PAA）の異常発達に伴う心血管奇形、騎乗大動脈や心室中隔欠損が見られる。関連して、発生中の咽頭弓領域において ''Fgf8'' と ''Gbx2'' が共発現し、咽頭弓および心血管発生過程で両者が遺伝的に相互作用することが明らかになった<ref name=Byrd2005><pubmed>15996652</pubmed></ref>。

　なお、第4咽頭弓動脈の発生では咽頭外胚葉がシグナル分泌センターとして必要であり、この領域は、心臓神経堤細胞が後方第4咽頭弓動脈に移動するための分泌シグナルを放出する。このはたらきは ''Tbx1'' とその下流の ''Gbx2'' に依存しており、''Gbx2'' は特に心臓神経堤細胞の移動に際して起きる Slit/Robo シグナル伝達経路の活性化に関与する<ref name=Calmont2009><pubmed>19700621</pubmed></ref>。さらに、''Gbx2'' が ''ニューロピリン1'' の発現を介して神経堤細胞の移動と三叉神経節の形成に関わることも明らかとなっている<ref name=Li2009><pubmed>19736322</pubmed></ref>。

　アフリカツメガエル胚の場合、''gbx2'' は神経堤細胞特異化の最初期ではたらく遺伝子である。この場合、''gbx2'' は Wnt/β-カテニンシグナルで発現が活性化され、''zic1'' との相互作用、''six1'' の抑制、そして神経褶の決定因子 ''pax3'' と ''msx1'' の発現制御を通して神経堤の分化誘導を行う<ref name=Li2009><pubmed>19736322</pubmed></ref>。

　マウスでは、E9.5までに内耳原基で ''Gbx2'' mRNA が発現する。これより形成される耳胞では背内側領域全体に発現し、E10.5になるとこの発現は耳胞の赤道域まで拡大するとともに、内部に生じる内リンパ管でも発現が見られる<ref name=Wright2003><pubmed>12810586</pubmed></ref><ref name=Lin2005><pubmed>15829521</pubmed></ref>。''Gbx2'' 変異体胚では内リンパ管の欠損と膜迷路の腫脹、さらに、半規管、球形嚢および蝸牛管の異常が見られる<ref name=Wassarman1997><pubmed>9247335</pubmed></ref><ref name=Lin2005><pubmed>15829521</pubmed></ref><ref name=Miyazaki2006><pubmed>16961590</pubmed></ref>。内耳の発生は後脳からのシグナルに依存するが、この際、内耳原基における ''Gbx2'' 発現の活性化が重要であり、''Gbx2'' は ''Wnt2b'' や ''Dlx5'' などを正に調節することで内リンパ管や半規管などの背側構造を発生させる一方、''Otx2'' 発現を制限することで球形嚢や蝸牛管などの腹側構造の発生を促進すると考えられている<ref name=Lin2005><pubmed>15829521</pubmed></ref>。

　アフリカツメガエルやニワトリの胚では、感覚性プラコード領域の前方領域と後方領域はそれぞれ ''Otx2'' と ''Gbx2'' に依存し、後方領域から耳胞領域が生じる<ref name=Steventon2012><pubmed>22564795</pubmed></ref>。ニワトリ胚の場合、初期（HH10）では予定耳胞全域で ''Gbx2'' が発現するが、HH14になると、耳胞の側方領域（予定前庭領域）では ''Otx2''、内側領域（予定蝸牛領域）では ''Gbx2'' が発現する。これら2領域に夾まれた境界領域では ''Pax2'' とともに ''Fgf8'' と ''Fgf10'' が発現し、この領域近傍で聴覚前庭神経節が出現する<ref name=Hidalgo-Sanchez2000><pubmed>10906468</pubmed></ref><ref name=Miyazaki2006><pubmed>16961590</pubmed></ref><ref name=Sanchez-Calderon2002><pubmed>11922981</pubmed></ref>。この状況は中脳後脳境界での遺伝子相互作用を思わせるが、実際、異所性 ''Gbx2'' 発現は ''Otx2'' 発現を抑制し、その逆も同様であった。これらの結果は、内耳発生が、''Gbx2'' と ''Otx2'' の相互作用とこの下流での ''Fgf'' の発現により制御されていることを示唆する<ref name=Miyazaki2006><pubmed>16961590</pubmed></ref>。

　咽頭内胚葉での ''Gbx2'' と ''Pax9'' の遺伝学的相互作用が心血管系の発生で重要である<ref name=Stothard2020><pubmed>32466118</pubmed></ref>。ニワトリでは ''Gbx2'' が ''Myb'' の標的遺伝子であり、骨髄芽球からの単球の分化を起こす一方、AMV v-Myb による細胞の悪性化に関わるとされた<ref name=Kowenz-Leutz1997><pubmed>9346236</pubmed></ref>。ショウジョウバエにおいては<ref name=Chiang1995><pubmed>8582298</pubmed></ref>、''unpg'' が中枢神経系に進入する気管分枝と神経節分枝の形成に関わること、その発現は ''Ubx'' などのバイソラックス複合遺伝子（BX-C）の制御下にあることが示されている。刺胞動物は一般には放射相称とされ、前後パターンが明確には見られないが、この動物群でも ''Hox'' 様遺伝子が同定されており、近年 ''Gbx'' がこれら ''Hox'' 様遺伝子とともに内中胚葉の分節構造形成に関わるとされた<ref name=He2023><pubmed>37315559</pubmed></ref>。

　''Gbx2'' に関する初期の研究では、マウスES細胞において発現が見られること、この発現が分化誘導に伴って消失すること、着床前の胚において内部細胞塊で発現していることが示され、多能性遺伝子の可能性が示唆されていたが<ref name=Chapman1997><pubmed>9417909</pubmed></ref><ref name=Palmqvist2005><pubmed>15849174</pubmed></ref>、近年これを支持する結果が報告されている。''Gbx2'' はマウスES細胞を維持する LIF/Stat3 シグナルの下流で ''Klf4'' を制御し、多能性幹細胞の誘導と維持に作用する<ref name=Tai2013><pubmed>23345404</pubmed></ref><ref name=Wang2017><pubmed>28848051</pubmed></ref>。また、ヒトiPS細胞の作成効率向上に ''GBX2'' が寄与すること、''OCT4''、''SOX2''、''NANOG''、''KLF4'' を含む多能性因子との間で相互作用を行うことが示された。このように、''GBX2'' は多能性維持や自己新生に寄与すると考えられる<ref name=Swaidan2020><pubmed>33319795</pubmed></ref>。

　ショウジョウバエ胚の脳では、前方から後方にかけて、''otd''、''Pax2/5/8''、''unpg''、そして ''Hox'' がこの順で発現している。''otd'' および ''unpg'' の変異による遺伝子の不活化は、''Pax2/5/8'' および ''Hox'' 遺伝子の脳特異的発現領域の喪失または位置異常を引き起こす。さらに、''otd'' と ''unpg'' はそれぞれの脳特異的発現領域の境界において相互に発現を抑制する<ref name=Hirth2003></ref>（49）。つまり、各脳領域の形成において、''otd'' および ''unpg'' の相互抑制が必要であり、前口動物と後口動物の共通祖先において、中枢神経系 の前後軸に沿った領域化機構の基本が既に確立されていた可能性が高い。

　Gbxの初期後方神経板での発現制御の詳細は明らかになっていないが、ゼブラフィッシュgbx1の原腸形成期における神経板後方での発現は、胚盤周縁部（後方）からのWnt8シグナルに依存するとされている<ref name=Rhinn2005><pubmed>15703279</pubmed></ref> <ref name=Rhinn2009><pubmed>19341460</pubmed></ref>。ゼブラフィッシュのgbx2の内耳原基での発現もまた後方化シグナルとされるレチノイン酸で正に制御される<ref name=Kikuta2003><pubmed>14579382</pubmed></ref>。

　体節形成期以降の後脳前端でのマウス''Gbx2''の発現については、ATP依存性ヘリカーゼ（Chd7）が''Otx2''及び''Gbx2''の転写を制御し、小脳の維持に寄与する<ref name=Yu2013><pubmed>24368733</pubmed></ref>。また、ヒト''GBX2''の下流には''OTX2''結合配列と''SOX1''結合配列があり、ヒトES細胞から誘導した前方後脳細胞では、これらの配列を介して''OTX2''と''SOX1''が''GBX2''の発現をそれぞれ抑制、活性化するとされた<ref name=Liu2020><pubmed>32905879</pubmed></ref>。

　アフリカツメガエルでは''gbx2''の発現を''xiro1''/''irx1''が後脳において活性化し<ref name=Glavic2002></ref>、一方で後脳前端においてZnフィンガー転写因子''Sall1''が、クロマチン・リモデリング複合体（NuRD）依存的に''gbx2''の転写を抑制する<ref name=Lauberth2007><pubmed>17895244</pubmed></ref>。

　ゼブラフィッシュでは、後脳発生において、''gbx1''と''gbx2''の発現が各々E2Fファミリー転写因子E2F3とヒストン脱アセチル化酵素HDAC1を介し、Rb1によりエピジェネティクスレベルで抑制される<ref name=Zhao2024><pubmed>38570112</pubmed></ref>。また、ゼブラフィッシュ''gbx2''については、体節形成中期以降において後脳前端（Anterior-most hindbrain, AMH）と視床下部での発現を再現する転写調節cis領域（AMHエンハンサー）が、胚を用いたレポーター解析により計3か所同定されている。これらは機能的に冗長であり、シャドウエンハンサーといえる。その一つであるAMH1にはPax2の結合部位があり、この配列へのPax2の結合が転写制御に必要とされた<ref name=Islam2006><pubmed>17067785</pubmed></ref>。

　視床でのGbx2の発現については、培養系において、遺伝子上流領域のLEF/TCF結合部位を介してTCF7L2/LEF/β-カテニンにより活性化されることが示された<ref name=Nagalski2016><pubmed>25963709</pubmed></ref>。また、ヒトとマウスで保存されている長鎖ノンコーディングRNA（lncRNA）の1種（Crnde）がマウスでの視床の発生において、Gbx2 mRNAの発現を正に制御する<ref name=Hu2026><pubmed>41655632</pubmed></ref>。なお、正常個体での意義は不明ながら、喉頭扁平上皮癌細胞においてマイクロRNAのmiR-4497がGBX2の発現抑制により細胞増殖を抑制し、アポトーシスを引き起こすこと、lncRNAの1種であるFEZF1-AS1がmiR-4497の　働きを抑制し、喉頭扁平上皮癌細胞の転移と浸潤を促進することが報告された<ref name=Chen2021><pubmed>33550476</pubmed></ref><ref name=Chen2019><pubmed>29843929</pubmed></ref>。

　GBX1との関連性が知られる疾患としては、[[脊髄小脳失調症13型]]（[[Spinocerebellar ataxia 13]], [[SCAR13]]）と[[低ホスファターゼ症]]（Hypophosphatasia）がある<ref name=MalaCardsa>MalaCards - 16 diseases matching GBX1</ref>。また近年、GBX1が発達遅延と焦点性てんかん（Focal Epilepsy）に関連することが報告された<ref name=Zhang2025><pubmed>40519143</pubmed></ref>。GBX2遺伝子との関連性が知られる疾患としては、DiGeorge症候群、てんかん、CHARGE症候群、Opitz-G/BBB症候群などがある<ref name=Calmont2009><pubmed>19700621</pubmed></ref><ref name=MalaCardsb>MalaCards - 112 diseases matching GBX2</ref><ref name=Yu2013><pubmed>24368733</pubmed></ref>。GBX2は発がんにも関わることが示唆されており、前立腺癌<ref name=Gao1996><pubmed>8977637</pubmed></ref> <ref name=Gao1998><pubmed>9537237</pubmed></ref> <ref name=Tolkach2015><pubmed>26408707</pubmed></ref>、喉頭扁平上皮癌<ref name=Chen2019><pubmed>29843929</pubmed></ref>、膀胱癌<ref name=Xiong2022><pubmed>35672622</pubmed></ref>、肝細胞癌<ref name=Lin2022><pubmed>36222159</pubmed></ref>、食道扁平上皮癌<ref name=Lin2024><pubmed>39832205</pubmed></ref>などへの関連が報告されている。また、肺腺癌においてはAKT/ERK経路の調節を介して細胞増殖、浸潤、遊走を促進することが示されている<ref name=Wang2020><pubmed>31758726</pubmed></ref>。