「脳の領域化」の版間の差分

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Regionalization of the brain)
 
Regionalization of the brain)
  
 脳領域に存在する細胞の種類は極めて多岐にわたるが、その多様化・領域化は、脳発生の初期から起こり始めている。この項では、領域化に関与する転写因子と、その発現を誘導するオーガナイザーや分泌因子を中心に、脊椎動物の脳が神経外胚葉から各細胞が分化し、組織内で領域化されるまでの過程を中心に記述する。
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{{box|text= 脳領域に存在する細胞の種類は極めて多岐にわたるが、その多様化・領域化は、脳発生の初期から起こり始めている。この項では、領域化に関与する転写因子と、その発現を誘導するオーガナイザーや分泌因子を中心に、脊椎動物の脳が神経外胚葉から各細胞が分化し、組織内で領域化されるまでの過程を中心に記述する。}}<u>(編集部コメント:…について記述すると行った表現ではなく、抄録をお願いいたします。)</u>
 なお、本項目の内容は、別項目の「前後軸」(高橋)とも一部重複する。
 
  
初期胚におけるおおまかな領域の決定
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== 初期胚におけるおおまかな領域の決定 ==
 
 脊椎動物では、原腸形成期に胚の背側に神経板が出現し、原腸形成期の後半からOtx2(Orthodenticle Homeobox 2)という転写因子が、頭部神経板領域(将来前脳・中脳領域に分化する部分)に発現する <ref name=Acampora1995><pubmed>7588062</pubmed></ref> 。Otx2はほかに胚盤葉上層、眼にも発現しており、それぞれに特異的なエンハンサー領域が存在する <ref name=Kurokawa2004><pubmed>15201223</pubmed></ref> 。一方、後脳には別の転写因子Gbx2が発現し <ref name=Islam2006><pubmed>17067785</pubmed></ref> 、Otx2のエンハンサー領域の一部に結合してOtx2の発現領域を制限する <ref name=Inoue2012><pubmed>22566684</pubmed></ref> 。
 
 脊椎動物では、原腸形成期に胚の背側に神経板が出現し、原腸形成期の後半からOtx2(Orthodenticle Homeobox 2)という転写因子が、頭部神経板領域(将来前脳・中脳領域に分化する部分)に発現する <ref name=Acampora1995><pubmed>7588062</pubmed></ref> 。Otx2はほかに胚盤葉上層、眼にも発現しており、それぞれに特異的なエンハンサー領域が存在する <ref name=Kurokawa2004><pubmed>15201223</pubmed></ref> 。一方、後脳には別の転写因子Gbx2が発現し <ref name=Islam2006><pubmed>17067785</pubmed></ref> 、Otx2のエンハンサー領域の一部に結合してOtx2の発現領域を制限する <ref name=Inoue2012><pubmed>22566684</pubmed></ref> 。
  
2次オーガナイザー領域の形成
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== 2次オーガナイザー領域の形成 ==
 脳のさらなる領域化には、以下の3つのオーガナイザー領域(シグナリングセンターとして分泌因子を産生する領域)が存在し、FGFやShh、Wntなどの分泌因子を発現し、脳の領域を決定している。(なお以下のオーガナイザー領域の日本語名は、英語名を直訳した試訳である)。
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 脳のさらなる領域化には、以下の3つのオーガナイザー領域(シグナリングセンターとして分泌因子を産生する領域)が存在し、FGFやShh、Wntなどの分泌因子を発現し、脳の領域を決定している。(なお以下のオーガナイザー領域の日本語名は、英語名を直訳した試訳である)。
  
2-1. Anterior Neural Ridge(ANR):前部神経端
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=== 前部神経端 ===
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Anterior Neural Ridge(ANR)
 
 この領域自体は非神経性細胞からなっているが、主にFGF8を発現しており、転写因子BF-1の発現を誘導する。BF-1はANRの機能を相補する(ANRがなくてもBF-1が発現したら終脳が正常に発生する)ため、BF-1はANRによって誘導される主要な因子である <ref name=Shimamura1997><pubmed>9226442</pubmed></ref> 。
 
 この領域自体は非神経性細胞からなっているが、主にFGF8を発現しており、転写因子BF-1の発現を誘導する。BF-1はANRの機能を相補する(ANRがなくてもBF-1が発現したら終脳が正常に発生する)ため、BF-1はANRによって誘導される主要な因子である <ref name=Shimamura1997><pubmed>9226442</pubmed></ref> 。
  
2-2. Zona limitans intrathalamica(ZLI)
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=== Zona limitans intrathalamica ===
 この部分は、前脳から発生した大脳を2つの異なる性質を持つ領域に分ける領域である。大脳部分はプロソメアという区分に従って3つに分割することができるが、前部から順に、p3, p2, p1と分けられる領域のうち、p2とp3を分けるものがZLIである。ZLIが発現するのはソニック・ヘッジホッグ(Sonic Hedgehog; Shh)である<ref name=Kiecker2004><pubmed>15494730</pubmed></ref> 。ZLIの前後では、Shhに対する細胞の反応性が異なり、ZLIよりも前部ではDlx2が、後部ではIrx3、Gbx2の発現が誘導される。
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ZLI
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 この部分は、前脳から発生した大脳を2つの異なる性質を持つ領域に分ける領域である。大脳部分はプロソメアという区分に従って3つに分割することができるが、前部から順に、p3, p2, p1と分けられる領域のうち、p2とp3を分けるものがZLIである。ZLIが発現するのはソニック・ヘッジホッグ(Sonic Hedgehog; Shh)である<ref name=Kiecker2004><pubmed>15494730</pubmed></ref> 。ZLIの前後では、Shhに対する細胞の反応性が異なり、ZLIよりも前部ではDlx2が、後部ではIrx3、Gbx2の発現が誘導される。
  
2-2. Isthmic Organiser(IsO):峡部オーガナイザー
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=== 峡部オーガナイザー ===
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Isthmic Organiser(IsO):
 
Midbrain-Hindbrain Boundary(MHB):中脳/後脳境界
 
Midbrain-Hindbrain Boundary(MHB):中脳/後脳境界
 
 この領域からは、FGF8やWnt1などの分泌因子が分泌され、中脳や小脳に発現する転写因子を発現誘導する。MHBにおけるFGF8やWnt1の発現には転写因子Lmx1bが必要だと言われている <ref name=Guo2007><pubmed>17166916</pubmed></ref> 。FGF8はMHBの前後である中脳と後脳に発現する遺伝子を誘導する一方、Wnt1は細胞の増殖などに関与していると考えられている <ref name=Harada2016><pubmed>27273073</pubmed></ref> 。
 
 この領域からは、FGF8やWnt1などの分泌因子が分泌され、中脳や小脳に発現する転写因子を発現誘導する。MHBにおけるFGF8やWnt1の発現には転写因子Lmx1bが必要だと言われている <ref name=Guo2007><pubmed>17166916</pubmed></ref> 。FGF8はMHBの前後である中脳と後脳に発現する遺伝子を誘導する一方、Wnt1は細胞の増殖などに関与していると考えられている <ref name=Harada2016><pubmed>27273073</pubmed></ref> 。
  
脳の各領域に発現する転写因子
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== 脳の各領域に発現する転写因子 ==
  
 上述の2次オーガナイザー領域から分泌されたFGFやWntなどのシグナル因子により、転写因子が脳の特定の領域に発現し、各領域を特徴付けている。これらの転写因子のノックアウトマウスは、一部は脳領域の一部を欠損することになり、脳の発達または成長に大きな影響を及ぼすために胚性致死となる。一方、これらの転写因子は、免疫細胞、内分泌系、腎臓や精巣、肺などにも発現する。したがって、各遺伝子の単純なノックアウトでは、表現型が脳以外の領域にも見られるものがある(Irx3、Nkx2.1、Sim-2、Lmx1b、BF2など)。これらの例では、脳領域における機能を明らかにするために、脳特異的なノックアウト(条件付き遺伝子ノックアウト:コンディショナルノックアウト)が作成され、解析が進んでいる。
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 上述の2次オーガナイザー領域から分泌されたFGFやWntなどのシグナル因子により、転写因子が脳の特定の領域に発現し、各領域を特徴付けている。これらの転写因子のノックアウトマウスは、一部は脳領域の一部を欠損することになり、脳の発達または成長に大きな影響を及ぼすために胚性致死となる。一方、これらの転写因子は、免疫細胞、内分泌系、腎臓や精巣、肺などにも発現する。したがって、各遺伝子の単純なノックアウトでは、表現型が脳以外の領域にも見られるものがある(Irx3、Nkx2.1、Sim-2、Lmx1b、BF2など)。これらの例では、脳領域における機能を明らかにするために、脳特異的なノックアウト(条件付き遺伝子ノックアウト:コンディショナルノックアウト)が作成され、解析が進んでいる。
  
(図1)脳の領域化と、運命決定図。胚の背側からの模式図。Developmental Biology(ギルバート・バレッシ著)第11巻をもとに作成。
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== 関連項目 ==
(図2)前後軸、背腹軸に沿った分泌因子、転写因子の一部の発現領域。<ref name=Harada2016><pubmed>27273073</pubmed></ref>  <ref name=Martínez2013><pubmed></pubmed></ref>  <ref name=Vieira2010><pubmed>19876817</pubmed></ref> などを参考にして作成。
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* [[前後軸]]
(図3)脳で領域特異的に発現する転写因子の性質・機能と、その変異がヒトにもたらす疾患。OMIM(Online Mendelian Inheritance in Man; https://www.omim.org)や NIH Genetics Home Reference(https://ghr.nlm.nih.gov)を参考に作成。
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(図1)脳の領域化と、運命決定図。胚の背側からの模式図。Developmental Biology(ギルバート・バレッシ著)第11巻をもとに作成。
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(図2)前後軸、背腹軸に沿った分泌因子、転写因子の一部の発現領域。<ref name=Harada2016><pubmed>27273073</pubmed></ref>  <ref name=Martínez2013><pubmed></pubmed></ref>  <ref name=Vieira2010><pubmed>19876817</pubmed></ref> などを参考にして作成。
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(図3)脳で領域特異的に発現する転写因子の性質・機能と、その変異がヒトにもたらす疾患。OMIM(Online Mendelian Inheritance in Man; https://www.omim.org)や NIH Genetics Home Reference(https://ghr.nlm.nih.gov)を参考に作成。
 
各参考論文
 
各参考論文
 
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2020年7月18日 (土) 23:46時点における版

笹井 紀明
奈良先端科学技術大学院大学
DOI:10.14931/bsd.9270 原稿受付日:2020年7月18日 原稿完成日:20XX年X月X日
担当編集委員:花嶋 かりな(早稲田大学 教育・総合科学術院 先進理工学研究科)

Regionalization of the brain)

 脳領域に存在する細胞の種類は極めて多岐にわたるが、その多様化・領域化は、脳発生の初期から起こり始めている。この項では、領域化に関与する転写因子と、その発現を誘導するオーガナイザーや分泌因子を中心に、脊椎動物の脳が神経外胚葉から各細胞が分化し、組織内で領域化されるまでの過程を中心に記述する。

(編集部コメント:…について記述すると行った表現ではなく、抄録をお願いいたします。)

初期胚におけるおおまかな領域の決定

 脊椎動物では、原腸形成期に胚の背側に神経板が出現し、原腸形成期の後半からOtx2(Orthodenticle Homeobox 2)という転写因子が、頭部神経板領域(将来前脳・中脳領域に分化する部分)に発現する [1] 。Otx2はほかに胚盤葉上層、眼にも発現しており、それぞれに特異的なエンハンサー領域が存在する [2] 。一方、後脳には別の転写因子Gbx2が発現し [3] 、Otx2のエンハンサー領域の一部に結合してOtx2の発現領域を制限する [4]

2次オーガナイザー領域の形成

 脳のさらなる領域化には、以下の3つのオーガナイザー領域(シグナリングセンターとして分泌因子を産生する領域)が存在し、FGFやShh、Wntなどの分泌因子を発現し、脳の領域を決定している。(なお以下のオーガナイザー領域の日本語名は、英語名を直訳した試訳である)。

前部神経端

Anterior Neural Ridge(ANR)  この領域自体は非神経性細胞からなっているが、主にFGF8を発現しており、転写因子BF-1の発現を誘導する。BF-1はANRの機能を相補する(ANRがなくてもBF-1が発現したら終脳が正常に発生する)ため、BF-1はANRによって誘導される主要な因子である [5]

Zona limitans intrathalamica

ZLI  この部分は、前脳から発生した大脳を2つの異なる性質を持つ領域に分ける領域である。大脳部分はプロソメアという区分に従って3つに分割することができるが、前部から順に、p3, p2, p1と分けられる領域のうち、p2とp3を分けるものがZLIである。ZLIが発現するのはソニック・ヘッジホッグ(Sonic Hedgehog; Shh)である[6] 。ZLIの前後では、Shhに対する細胞の反応性が異なり、ZLIよりも前部ではDlx2が、後部ではIrx3、Gbx2の発現が誘導される。

峡部オーガナイザー

Isthmic Organiser(IsO): Midbrain-Hindbrain Boundary(MHB):中脳/後脳境界  この領域からは、FGF8やWnt1などの分泌因子が分泌され、中脳や小脳に発現する転写因子を発現誘導する。MHBにおけるFGF8やWnt1の発現には転写因子Lmx1bが必要だと言われている [7] 。FGF8はMHBの前後である中脳と後脳に発現する遺伝子を誘導する一方、Wnt1は細胞の増殖などに関与していると考えられている [8]

脳の各領域に発現する転写因子

 上述の2次オーガナイザー領域から分泌されたFGFやWntなどのシグナル因子により、転写因子が脳の特定の領域に発現し、各領域を特徴付けている。これらの転写因子のノックアウトマウスは、一部は脳領域の一部を欠損することになり、脳の発達または成長に大きな影響を及ぼすために胚性致死となる。一方、これらの転写因子は、免疫細胞、内分泌系、腎臓や精巣、肺などにも発現する。したがって、各遺伝子の単純なノックアウトでは、表現型が脳以外の領域にも見られるものがある(Irx3、Nkx2.1、Sim-2、Lmx1b、BF2など)。これらの例では、脳領域における機能を明らかにするために、脳特異的なノックアウト(条件付き遺伝子ノックアウト:コンディショナルノックアウト)が作成され、解析が進んでいる。

関連項目


(図1)脳の領域化と、運命決定図。胚の背側からの模式図。Developmental Biology(ギルバート・バレッシ著)第11巻をもとに作成。 (図2)前後軸、背腹軸に沿った分泌因子、転写因子の一部の発現領域。[8] [9] [10] などを参考にして作成。 (図3)脳で領域特異的に発現する転写因子の性質・機能と、その変異がヒトにもたらす疾患。OMIM(Online Mendelian Inheritance in Man; https://www.omim.org)や NIH Genetics Home Reference(https://ghr.nlm.nih.gov)を参考に作成。 各参考論文 [11] [12] [13] [14] [15] [16] 引用エラー: 無効な <ref> タグです。数が多すぎるなどの理由で名前が無効です [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] 引用エラー: 無効な <ref> タグです。数が多すぎるなどの理由で名前が無効です [37] [38] [39] [40] [41] [42] {Winslow, 2011 #58} [43] [44] [45] [46] [47] [1] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [7] [64]

  1. 1.0 1.1 Acampora, D., Mazan, S., Lallemand, Y., Avantaggiato, V., Maury, M., Simeone, A., & Brûlet, P. (1995).
    Forebrain and midbrain regions are deleted in Otx2-/- mutants due to a defective anterior neuroectoderm specification during gastrulation. Development (Cambridge, England), 121(10), 3279-90. [PubMed:7588062] [WorldCat]
  2. Kurokawa, D., Takasaki, N., Kiyonari, H., Nakayama, R., Kimura-Yoshida, C., Matsuo, I., & Aizawa, S. (2004).
    Regulation of Otx2 expression and its functions in mouse epiblast and anterior neuroectoderm. Development (Cambridge, England), 131(14), 3307-17. [PubMed:15201223] [WorldCat] [DOI]
  3. Islam, M.E., Kikuta, H., Inoue, F., Kanai, M., Kawakami, A., Parvin, M.S., ..., & Yamasu, K. (2006).
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