サブプレート

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サブプレート(subplate)

・概要 サブプレート(subplate)は大脳皮質で最も早くに誕生するニューロンから構成され、その後に誕生する大脳皮質ニューロンから成る皮質板(cortical plate)の基礎となる。サブプレートに位置するニューロンから成長する軸索は、初期の暫定的な神経回路を作り出し、大脳皮質における入出力回路が完成するまでの足場(scaffold)として機能すると考えられている。


構造

サブプレートは発達期の大脳皮質において細胞構築学的に識別される層構造であり、将来大脳皮質の灰白質に相当する皮質板(cortical plate)と線維層である中間層(intermediate zone)の間に位置する。その体積はヒトを含む霊長類で最も大きく、ネコやフェレットにおいても顕著な構造であるが[1][2]1,2、齧歯類ではその比率は小さい。発生期、特に軸索投射が生じる時期にその厚みは大きいが、入出力回路が完成する時期にはほとんど消失する。齧歯類ではサブプレートは最終的に6層の下部に一列の細胞層として残るに過ぎない。サブプレートに位置するニューロンの多くは、発生期の役割(以下参照)を終えると、細胞死によって消失すると考えられている。

構成

大脳皮質を構成する興奮性ニューロンは発生期に脳室帯(ventricular zone)及び脳室下帯(subventricular zone)に分布する神経幹細胞(neural stem cell)あるいは神経前駆細胞(neural progenitor)から最終分裂することによって生み出される。その後、軟膜表面(pial surface)に向かって移動し(radial migration)、皮質板(cortical plate)を形成する。サブプレートを構成するニューロンは、これらの皮質板ニューロンに先立って誕生するが、その種類や起源は一様ではない。大別して興奮性と抑制性に分けられ、興奮性ニューロンの起源としては脳室帯と吻側内側終脳壁(rostro-medial tel¬encephalic wall, RMTW)が挙げられる[3]3。これらの興奮性ニューロンは皮質板ニューロンよりも先に誕生し、将来の分子層(marginal zone)に位置するするカハールレチウス細胞と共にプレプレート(preplate)を形成する(図1)。その後誕生した皮質ニューロンはプレプレートに割って入り、皮質板を構成する。これらに加えて、大脳基底核原基(ganglionic eminence)で誕生するGABA作動性ニューロンの一部もサブプレートに配置される[3][4]3,4。

サブプレートニューロンの形態と軸索投射

 サブプレートを構成する細胞は多様であり、樹状突起の形状からも多極型、水平型、逆錐体型など様々な形態を有している。軸索投射においても異なる領域への投射が認められる。第1に、サブプレート内での軸索投射が認められ、サブプレート内でのニューロン間結合を担っている。第2に、軟膜方向への投射が見出される。発生初期には辺縁層(marginal zone)に投射するが、後期には視床皮質軸索の標的である皮質第4層に投射するようになる。第3に、長距離の投射として、内包(internal capsule)を経て視床や中脳へ、あるいは他の大脳皮質領野へ投射する[5]5。

役割

皮質神経回路構築の足場として、初期の暫定的な神経回路を構築する。中でも、視床皮質投射、皮質視床投射の形成に対する役割は齧歯類において良く記載されている。 皮質視床投射については、サブプレートニューロンは最も早くに軸索を内包に向かって成長させる。その後に誕生する皮質板ニューロンはそれを辿って成長する(図2)[6]6。すなわち、皮質視床投射形成のパイオニア軸索として機能すると考えられている。

視床皮質投射に関しては、視床ニューロンから伸長した軸索は、サブプレートニューロンや遠心性ニューロンの軸索に沿って大脳皮質に到達するが、特定の皮質領野を選択するのにサブプレートが必要である。実際、視覚野のサブプレートを薬理学的に除去すると、視覚系の視床である外側膝状体ニューロンの軸索は視覚野を通り過ぎてしまう[7]7。すなわち、サブプレートは視床軸索が適切な領域を認識するのに必要な存在であると考えられている。

さらに、視床ニューロンの軸索は、正しい皮質領域内で最終的に標的層の4層で主としてシナプス結合を形成するが、その前に一旦サブプレートニューロンとシナプス結合を形成する(図2)。その間、視床ニューロンの軸索はサブプレートで成長を停止し、waiting periodと呼ばれている[7]7。一方、皮質内で成長するサブプレートニューロンの軸索は皮質4層ニューロンとシナプス結合を形成し[8]8、waiting periodの後で皮質に視床皮質軸索が侵入すると、最終的にそのシナプスは消失し、それに代わって視床ニューロンの軸索が標的ニューロンとシナプス結合を形成する(図2)。

フェレットやネコにおいては、脳梁を経て対側の大脳皮質へ投射するサブプレートニューロンも存在することから[5]5、皮質入出力線維が正しい標的細胞に到達するのに重要な役割を果たすと考えられている。

 マカクザル、ネコやフェレットなどの両眼視の発達した動物では、右眼と左眼由来の外側膝状体軸索からの投射が視覚野内で分離して眼優位性コラムと呼ばれる構造を形成している。この機能的構造が、サブプレートニューロンを薬理学的に死滅させることによって、消失されることも報告されている[9]9。このように、発達後期における機能的な皮質神経回路の形成過程においてもサブプレートは重要な役割を果たしている。


参考文献

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  1. Luskin, M.B., & Shatz, C.J. (1985).
    Studies of the earliest generated cells of the cat's visual cortex: cogeneration of subplate and marginal zones. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience, 5(4), 1062-75. [PubMed:3981242] [WorldCat]
  2. Kostovic, I., & Rakic, P. (1980).
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