「大脳皮質介在ニューロンの発生」の版間の差分

三好 悟一

東京女子医科大学

　哺乳類大脳皮質にある錐体細胞が皮質自身の脳室帯で生まれるのとは異なり、介在ニューロンの全ては皮質とは離れた終脳胞の腹側で産生される。このことは、1997年にマウスで示され<ref name=Anderson1997><pubmed>9334308</pubmed></ref> 、後にサルおよびヒトにおいてもほぼ同様であることが確認された<ref name=Hansen2013><pubmed>24097039</pubmed></ref><ref name=Ma2013><pubmed>24097041</pubmed></ref> 。現在では、大脳皮質にある介在ニューロンのほぼ全てが胎仔終脳胞に一過性に存在する内側基底核原基 (Medial ganglionic eminence, MGE)<ref name=Sussel1999><pubmed>10393115</pubmed></ref><ref name=Wichterle2001><pubmed>11585802</pubmed></ref> と尾側基底核原基（caudal ganglionic eminence, CGE）<ref name=Nery2002><pubmed>12411960</pubmed></ref> という構造でつくられると考えられている（図左）。胎仔の大脳腹側に位置する構造の中では、胎生13日目の外側基底核原基（lateral ganglionic eminence）<ref name=Wichterle2001><pubmed>11585802</pubmed></ref> や中隔（Septum）<ref name=Rubin2010><pubmed>20826668</pubmed></ref> は介在ニューロンの発生起源として否定されている。一方、MGEの腹側に隣接し、またMGEと同じNkx2-1因子<ref name=Sussel1999><pubmed>10393115</pubmed></ref> を発現するする視索前野（Preoptic area）から少量の介在ニューロンが分化すると報告されている<ref name=Gelman2009><pubmed>19625528</pubmed></ref><ref name=Gelman2011><pubmed>22090484</pubmed></ref> 。

　胎仔大脳腹側の増殖細胞から最終分化し産生された未分化介在ニューロンは（図左）、MGE起源のものはCGE内部<ref name=Butt2005><pubmed>16301176</pubmed></ref> や将来に線条体となる構造の内側を通過して背側にある皮質にたどりつく<ref name=Flames2004><pubmed>15473965</pubmed></ref> 。

　一方、CGE起源のものの多くは後方へ遊走し直接皮質へと到達する<ref name=Kanatani2008><pubmed>19074032</pubmed></ref> 。皮質では、構築途中である皮質板（将来の皮質2-6層）の上（辺縁帯）と下（中間帯と脳室下帯）にある経路をまるで高速道路のように使って「接線方向移動（tangential migration）」により皮質全域に拡散していく（図上、胎生期）。大脳の内側外側（左右）のみならず吻尾（前後）方向へも大移動し、あらゆる皮質領野へと到達する<ref name=Tanaka2006><pubmed>16672340</pubmed></ref> 。

　大脳皮質の錐体細胞は早期に産生された細胞が深い層、後期に産生された細胞が浅い層とインサイドアウト配置されることが知られている。介在ニューロンでは、錐体細胞よりもゆるやかなインサイドアウト傾向で配置されることが知られている（古典的DNAアナログ取り込みによる誕生日ラベル法と、GABA合成酵素Gadによる標識の組み合わせ）<ref name=Miller1985><pubmed>3910166</pubmed></ref><ref name=Fairen1986><pubmed>3760259</pubmed></ref> 。より詳細には、MGE起源の介在ニューロンは錐体細胞層と同様に6層から2層にインサイドアウト配置される（図上、成熟期）<ref name=Miyoshi2007><pubmed>17634372</pubmed></ref> 。その一方、CGE起源のものは皮質1層でも分化し、また誕生時期に関わらず常に約75%が1-3層に配置される<ref name=Miyoshi2010><pubmed>20130169</pubmed></ref> 。MGE起源の介在ニューロン発生の開始は胎生9日目でピークが13日目であるのに対して、CGE起源ではいずれもが3日遅れることで、介在ニューロン全体としては６層から１層への緩やかなインサイドアウト配置となる。

　皮質介在ニューロンの多様性を分類するには層位置、形態、軸索投射様式、分子発現、電気生理活性などの指標を統合的に理解する必要がある<ref name=Yuste2020><pubmed>32839617</pubmed></ref> 。介在ニューロンの特性と発生起源には密接な関係があり、おおまかには４種類がMGEとCGEの２箇所からつくられると考えられている<ref name=Miyoshi2010><pubmed>20130169</pubmed></ref><ref name=Fishell2020><pubmed>31299170</pubmed></ref> （図右上、抑制回路）。

　皮質介在ニューロン全体の約7割を占めるMGE起源では主に、４割のパルブアルブミン (Pvalb）陽性細胞と3割のソマトスタチン (Sst）細胞に分類される。パルブアルブミン陽性細胞は主に細胞体付近を抑制するバスケット細胞と軸索を抑制するシャンデリア細胞<ref name=Taniguchi2013><pubmed>23180771</pubmed></ref> 、ソマトスタチン陽性細胞は主に尖端樹状突起を抑制するマルチノッチ細胞である（図右上、赤と橙）。

　介在ニューロン全体の約3割であるCGE起源では、その約半分がリーリン (Reln）/Id2陽性細胞で残りは血管作動性腸管ペプチド(vasoactive intestinal peptide, Vip）陽性の２つに分類される<ref name=Miyoshi2010><pubmed>20130169</pubmed></ref><ref name=Miyoshi2015><pubmed>26377473</pubmed></ref> 。リーリン陽性細胞の多くはニューログリアフォーム形態をもつ細胞で主に１層で拡散性伝達（Volume transmission）による抑制を担い（図右上、濃青）、Vip陽性細胞の多くは双極性細胞でありまた抑制細胞を抑制する脱抑制機能を果たす（図右上、青）。

　海馬にみられる多様な介在ニューロンは<ref name=Pelkey2017><pubmed>28954853</pubmed></ref><ref name=Klausberger2008><pubmed>18599766</pubmed></ref> 、胎仔の大脳腹側で産生されたのちに多くが皮質を通過して海馬へ到達するが<ref name=Pleasure2000><pubmed>11163262</pubmed></ref><ref name=Polleux2002><pubmed>12070090</pubmed></ref> 、CGEからは海馬に直接侵入するものも報告されている<ref name=Yozu2005><pubmed>16079409</pubmed></ref> 。海馬介在ニューロンの発生起源は基本的には大脳皮質と同様のサブタイプがMGEとCGEに起源をもつ傾向がみられる<ref name=Tricoire2010><pubmed>20147544</pubmed></ref><ref name=Tricoire2011><pubmed>21795545</pubmed></ref> 。その一方で、皮質とは異なり多くのNos1（Nitric oxide synthase）およびCcK（Cholecystokinin）陽性細胞がみられ、またMGE起源のニューログリアフォーム細胞が確認されることから<ref name=Overstreet-Wadiche2015><pubmed>26189693</pubmed></ref> 、これらの介在ニューロンは皮質を通過しないルートで供給されている可能性が示唆されている。

　MGEからパルブアルブミンとソマトスタチン陽性、CGEからリーリンとVip陽性の介在ニューロンが個別に分化する発生機構は未だに解明されていない。MGEの腹側からはパルブアルブミン、背側からはソマトスタチンという場所仮説<ref name=Flames2007><pubmed>17804629</pubmed></ref><ref name=Wonders2008><pubmed>18155689</pubmed></ref> 、増殖細胞層の中でも脳室下帯（Subventricular zone）からはパルブアルブミン、脳室帯（Ventricular zone）からはソマトスタチンという空間仮説が提唱されているが<ref name=Glickstein2007><pubmed>17965053</pubmed></ref><ref name=Petros2015><pubmed>26526999</pubmed></ref> 、いずれも片方にバイアスがみられる程度である。CGEの各部位をエレクトロポレーション法を用いて蛍光ラベルすることで、CGEの前方からVip、後方からはリーリン陽性細胞が生まれることが示唆されている　<ref name=Torigoe2016><pubmed>26865626</pubmed></ref> 。

　単一細胞の運命を追跡するクローナル解析（バーコードタグをもつウイルスを胎仔増殖細胞に感染させる手法）では、MGEに在る１つの増殖細胞からパルブアルブミンとソマトスタチン陽性の両者が確認されており、大脳腹側の増殖細胞レベルで両者の運命が別れていることは否定されている<ref name=Harwell2015><pubmed>26299474</pubmed></ref><ref name=Mayer2015><pubmed>26299473</pubmed></ref> 。発生ステージごとに単一細胞RNAシークエンシング法を網羅的に実施し、得られた遺伝子発現の比較相関解析による細胞系譜の構築が盛んに行われている<ref name=Nowakowski2017><pubmed>29217575</pubmed></ref><re name=Wagner2018><pubmed>29700229</pubmed></ref> 。介在ニューロン発生においても同様の試みがなされたが<ref name=Mayer2018><pubmed>29513653</pubmed></ref><ref name=Mi2018><pubmed>29472441</pubmed></ref> 、未だにパルブアルブミンとソマトスタチン、リーリンとVip系譜の分岐点は解明されていない。より密接した発生ステージを比較解析することで、詳細な細胞系譜が解明されることが期待される。

　ホメオドメイン転写因子Dlx、ArxやZeb2は未分化介在ニューロンの移動を制御する。中でもDlx1/2ダブルノックアウトマウスでは皮質に到達するGABA細胞が見られないことを利用し、介在ニューロンの起源が大脳腹側がであることが解明された<ref name=Anderson1997><pubmed>9334308</pubmed></ref> 。MGE起源の介在ニューロンの分化発生は、Nkx2-1>Lhx6>Sox6/SatB1という転写因子カスケードにより制御されることが示されている<ref name=Sussel1999><pubmed>10393115</pubmed></ref><ref name=Azim2009><pubmed>19657336</pubmed></ref><ref name=Batista-Brito2009><pubmed>19709629</pubmed></ref><ref name=Close2012><pubmed>23223290</pubmed></ref><ref name=Denaxa2012><pubmed>23142661</pubmed></ref><ref name=Liodis2007><pubmed>17376969</pubmed></ref><ref name=Butt2008><pubmed>18786356</pubmed></ref> 。一方、CGE起源の介在ニューロンに特異的な分子制御プログラムはProx1転写因子しか現在同定されていない<ref name=Miyoshi2015><pubmed>26377473</pubmed></ref> 。さらには、パルブアルブミンとソマトスタチン、リーリンとVip系譜の分岐を制御するような因子も現在のところ報告されていない。

　細胞移植実験は発生機構を理解するための強力な手法であり、古典的にはニワトリとウズラという多種間の細胞と組織の組み合わせから、移植された細胞が移動し分化する機構が解析されてきた。介在ニューロン発生研究においてもマウス遺伝学手法を組み合わせた細胞移植実験が多用されてきた歴史があり、起源である大脳腹側（MGEやCGE）や蛍光ラベルされた移動中の介在ニューロンを単離調製し、胎児や生後の特定脳部位へ細胞移植する実験が盛んに行われてきた。介在ニューロンの発生起源、分子制御機構、細胞外環境の影響、細胞死などの多くが検証され解明されてきた<ref name=Miyoshi2019><pubmed>30227162</pubmed></ref> 。