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=== 基本的神経路 === | === 基本的神経路 === | ||
[[ファイル:図2：トラザメ胚（St.28）の中枢神経系.png|thumb|right|300px|'''図3. トラザメ胚（St.28）の中枢神経系'''<u>（編集部コメント：赤と青が何を示しているかご記述下さい。スケールバーもでればお願い致します。村上：赤は神経の軸索を示し、青は細胞核を染色することで胚の外形を示している。スケールバーはXXX）</u>]] | [[ファイル:図2：トラザメ胚（St.28）の中枢神経系.png|thumb|right|300px|'''図3. トラザメ胚（St.28）の中枢神経系'''<u>（編集部コメント：赤と青が何を示しているかご記述下さい。スケールバーもでればお願い致します。村上：赤は神経の軸索を示し、青は細胞核を染色することで胚の外形を示している。スケールバーはXXX）</u>]] | ||
間脳の発生の進行に伴い、その内部には様々な神経回路が生じる。発生初期には基本的神経路（early axon scaffold）として、脊椎動物で高度に保存された神経路が形成され、発生後期に作られる多くの神経路の足場としても重要な役割を担う<ref><pubmed> 2351059 </pubmed></ref><ref><pubmed> 18158094 </pubmed></ref>。これらのうち、間脳では[[後交連]]や[[手綱交連]]、[[tract of postoptic commissure]]（TPOC）などが発生する('''図3''') | 間脳の発生の進行に伴い、その内部には様々な神経回路が生じる。発生初期には基本的神経路（early axon scaffold）として、脊椎動物で高度に保存された神経路が形成され、発生後期に作られる多くの神経路の足場としても重要な役割を担う<ref><pubmed> 2351059 </pubmed></ref><ref><pubmed> 18158094 </pubmed></ref>。これらのうち、間脳では[[後交連]]や[[手綱交連]]、[[tract of postoptic commissure]]（TPOC）などが発生する('''図3''')。後交連は、間脳の後方背側、中脳と接するところに生じ、プロソメア1を特徴づける構造となる。手綱交連は間脳の背側で後交連の前方に生じ、プロソメア2の特徴の一つとなる。これらの交連は円口類の段階から見られるため、脊椎動物の共通祖先の段階ですでに獲得されていた可能性がある。後交連と手綱交連は[[wj:クジラ目|クジラ類]]では融合して交連複合体を形成する<ref><pubmed> 17975302 </pubmed></ref>。後交連やTPOCの形成には[[Pax6]]が関わるとされる<ref><pubmed> 9169845 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15514979 </pubmed></ref>。 | ||
=== 視床ｰ終脳軸索投射 === | === 視床ｰ終脳軸索投射 === | ||
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脊椎動物の脳にある感覚性神経回路には、末梢にある[[受容器]]の配置がそのままニューロン配置に変換されることで[[局所対応性地図]]（[[トポグラフィックマップ]]）がつくられる。これは[[視覚]]系、[[聴覚]]系、[[体性感覚]]系、[[味覚]]系など様々な感覚系で見られる。間脳の神経核にもそのような地図が発生するが、それらの中ではマウスの[[体性感覚地図]]に関する研究が進んでいる。 | 脊椎動物の脳にある感覚性神経回路には、末梢にある[[受容器]]の配置がそのままニューロン配置に変換されることで[[局所対応性地図]]（[[トポグラフィックマップ]]）がつくられる。これは[[視覚]]系、[[聴覚]]系、[[体性感覚]]系、[[味覚]]系など様々な感覚系で見られる。間脳の神経核にもそのような地図が発生するが、それらの中ではマウスの[[体性感覚地図]]に関する研究が進んでいる。 | ||
哺乳類の多くでは口の周りに長い毛が見られる。それらはその付け根に血管が入るために空洞になっていることから[[洞毛]]と呼ばれる．これらのヒゲは上顎に規則正しい配置で並んでおり、[[鰓弓神経]]の一つである[[三叉神経]]の上顎枝によって支配されている。三叉神経の軸索は菱脳（後脳）の[[ロンボメア2]]にある神経根を通って菱脳に入り，菱脳の前方にある[[三叉神経主知覚核]]と、後方にある[[三叉神経脊髄路核]]に入力する．これらの神経核の中では，神経細胞が洞毛の空間的な配置をそっくりそのまま写し取ったかのように配置されており、その形態は[[バレレット]] | 哺乳類の多くでは口の周りに長い毛が見られる。それらはその付け根に血管が入るために空洞になっていることから[[洞毛]]と呼ばれる．これらのヒゲは上顎に規則正しい配置で並んでおり、[[鰓弓神経]]の一つである[[三叉神経]]の上顎枝によって支配されている。三叉神経の軸索は菱脳（後脳）の[[ロンボメア2]]にある神経根を通って菱脳に入り，菱脳の前方にある[[三叉神経主知覚核]]と、後方にある[[三叉神経脊髄路核]]に入力する．これらの神経核の中では，神経細胞が洞毛の空間的な配置をそっくりそのまま写し取ったかのように配置されており、その形態は[[バレレット]]（barrelettes）と呼ばれている。哺乳類の三叉神経系では，菱脳のニューロンの配置によってつくられた地図がその位置関係を保ったまま間脳の視床へ、そして最終的に終脳の体性感覚野へ伝えられている。間脳の[[視床後内側腹側核]]で見られるパターンは[[バレロイド]]（barreloids）、終脳で見られるものは[[バレル]]（barrels）と呼ばれている。こうした地図は生後に神経活動依存的な仕組みによって形成されるが、発生期に発現する転写因子もその形成に間接的に関わることが知られている。視床腹側内側核のバレロイドの形成は''[[DRG11]]''や[[NMDA型グルタミン酸受容体]]の変異体で異常が生じる<ref><pubmed> 20179712 </pubmed></ref>。また、菱脳（後脳）に発現する''[[Hoxa2]]''の[[コンディショナルノックアウトマウス]]でもその形成が妨げられるが、これは後脳の三叉神経主知覚核にできるバレレットの形成が妨げられたことによる二次的な影響であると考えられる。 | ||
=== 網膜視蓋投射 === | === 網膜視蓋投射 === | ||
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== 魚類の間脳の形態と発生 == | == 魚類の間脳の形態と発生 == | ||
[[wj:魚類|魚類]]（[[wj:条鰭魚類|条鰭魚類]]）の間脳の発生過程では，マウスや他の脊椎動物と同様にプロソメア1〜3と視床下部の領域が分化する．しかしながら，その後に分化していく[[神経核]]については他の脊椎動物には見られないようなものが出現する．その代表的なものが、間脳の腹側に発生する[[PG複合体]]（preglomerular complex）である。この神経核は発生期に視床などの間脳翼板領域の細胞が移動してくることによってできると考えられている<ref><pubmed> 17230016 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22586363 </pubmed></ref>。この神経核複合体からの軸索は哺乳類の視床の神経核のように終脳外套に投射している<ref><pubmed> 16134137 </pubmed></ref><ref name=ref45><pubmed> 22247053 </pubmed></ref>。しかしその投射先は哺乳類の新皮質（背側外套）とは必ずしも相同ではないらしい。 | [[wj:魚類|魚類]]（[[wj:条鰭魚類|条鰭魚類]]）の間脳の発生過程では，マウスや他の脊椎動物と同様にプロソメア1〜3と視床下部の領域が分化する．しかしながら，その後に分化していく[[神経核]]については他の脊椎動物には見られないようなものが出現する．その代表的なものが、間脳の腹側に発生する[[PG複合体]]（preglomerular complex）である。この神経核は発生期に視床などの間脳翼板領域の細胞が移動してくることによってできると考えられている<ref><pubmed> 17230016 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22586363 </pubmed></ref>。この神経核複合体からの軸索は哺乳類の視床の神経核のように終脳外套に投射している<ref><pubmed> 16134137 </pubmed></ref><ref name=ref45><pubmed> 22247053 </pubmed></ref>。しかしその投射先は哺乳類の新皮質（背側外套）とは必ずしも相同ではないらしい。 | ||
== | == 間脳発生機構の起源と進化 == | ||
=== 峡部オーガナイザーの起源 === | |||
発生期の間脳に存在する峡部オーガナイザーはこれまで調べられてきた脊椎動物の多くの種において、脳形成に関わる[[オーガナイザー]]として重要な役割を担っている。峡部オーガナイザーに相同な構造は、脊椎動物の姉妹群である[[wj:ナメクジウオ|ナメクジウオ]]や[[wj:ホヤ|ホヤ]]では認められないものの、脊索動物の[[wj:外群|外群]]に当たる[[wj:半索動物|半索動物]]の[[wj:ギボシムシ|ギボシムシ]]（最近では半索動物と[[wj:棘皮動物|棘皮動物]]の類縁性が指摘され、これらは[[wj:歩帯動物|歩帯動物]]Ambulacrariaという[[wj:系統群|クレード]]を構成する）で峡部オーガナイザーでのShhの発現に関わる[[エンハンサー]]の存在を示唆するデータが得られている<ref><pubmed> 22422262 </pubmed></ref><ref><pubmed> 27064252 </pubmed></ref>。そうであれば、このオーガナイザーの起源は歩帯動物と脊索動物の分岐以前に遡ることになる。 | 発生期の間脳に存在する峡部オーガナイザーはこれまで調べられてきた脊椎動物の多くの種において、脳形成に関わる[[オーガナイザー]]として重要な役割を担っている。峡部オーガナイザーに相同な構造は、脊椎動物の姉妹群である[[wj:ナメクジウオ|ナメクジウオ]]や[[wj:ホヤ|ホヤ]]では認められないものの、脊索動物の[[wj:外群|外群]]に当たる[[wj:半索動物|半索動物]]の[[wj:ギボシムシ|ギボシムシ]]（最近では半索動物と[[wj:棘皮動物|棘皮動物]]の類縁性が指摘され、これらは[[wj:歩帯動物|歩帯動物]]Ambulacrariaという[[wj:系統群|クレード]]を構成する）で峡部オーガナイザーでのShhの発現に関わる[[エンハンサー]]の存在を示唆するデータが得られている<ref><pubmed> 22422262 </pubmed></ref><ref><pubmed> 27064252 </pubmed></ref>。そうであれば、このオーガナイザーの起源は歩帯動物と脊索動物の分岐以前に遡ることになる。 | ||
=== 脊椎動物における間脳発生機構の多様化 === | |||
間脳のプロソメア領域の起源については、現生脊椎動物の系統のうち、最も初期に分岐したとされる[[wj:円口類|円口類]]（ヤツメウナギ類、[[wj:ヌタウナギ|ヌタウナギ]]類）において研究が進んでいる。発生期のヤツメウナギ前脳では、プロソメアを規定する遺伝子発現（''Pax6''、''[[Pax3]]/7''、''[[Lhx]]''などの相同遺伝子）が見られ、峡部オーガナイザーには''Shh''に相同な遺伝子（''[[HhB]]''）が発現しており、視床下部の原基では''Nkx2.1''の相同遺伝子の発現が見られる。それらの領域から発生する神経要素も他の脊椎動物のものと対応している<ref><pubmed> 19729892 </pubmed></ref>。そして円口類のもう一つの系統であるヌタウナギでも、遺伝子の発現様式が他の脊椎動物やヤツメウナギとよく似ていることが明らかとなっている<ref><pubmed> 26878236 </pubmed></ref>。このことから、脊椎動物の歴史において、円口類と[[顎口類]]（Gnathostomes）の分岐以前の段階（すなわち脊椎動物の共通の祖先に極めて近い段階）で間脳のプロソメアを規定する分子基盤は成立していたと考えられる。現生脊椎動物の祖先が誕生したのはおよそ5億年前とされていることから、脊椎動物の間脳発生機構の起源は極めて古いといえる。ただし、間脳に入出力する神経路は動物ごとに多かれ少なかれ相違が見られる。例えば視覚系については、哺乳類以外の[[羊膜類]]では[[視神経]]は間脳の腹側でほぼ全てが交叉し（全交叉）、視神経は視床と中脳の視蓋に入力する（視神経の多くは視蓋に入力する）。そして視蓋から出た神経が視床の神経核（[[円形核]]）に入り、そこからの軸索が終脳の[[背側脳室稜]]（dorsal ventricular ridge: DVR）に投射する。一方、哺乳類では、視神経は間脳の腹側で完全には交叉しない（部分交叉あるいは半交叉）。ただし哺乳類でもクジラ類の視神経は全交叉あるいはそれに近い形態となる<ref>'''Ridgway SH'''<br>The central nervous system of the bottlenose dolphin. In: Leatherwood, S., Reeves, R.R. (Eds.), The Bottlenose Dolphin. pp. 69–97.<br>''Academic Press, San Diego, CA'':1990</ref>。視神経は間脳の[[外側膝状体]]と中脳の上丘（視蓋に相同な領域）に入力し、外側膝状体からの軸索は新皮質の一次視覚野に投射する。このとき、視神経が部分交叉する哺乳類（[[食肉目]]や[[霊長目]]）では右目由来と左目由来の外側膝状体の軸索は混じり合うこと無く視覚野に入力し、[[眼優位性カラム]]（ocular domincance column）を形成する。視覚系のみならず、聴覚系の投射様式も哺乳類と[[鳥類]]・[[爬虫類]]では異なっている。魚類でも異なる感覚の求心性投射は終脳の特定の場所に局在しているが<ref name=ref45 />、その投射領域は羊膜類とは異なる可能性がある。つまり、間脳はその発生メカニズムが確立された後、その基本形を維持しつつも、進化の過程で系統ごとに様々な改変がなされてきたと考えられる。 | 間脳のプロソメア領域の起源については、現生脊椎動物の系統のうち、最も初期に分岐したとされる[[wj:円口類|円口類]]（ヤツメウナギ類、[[wj:ヌタウナギ|ヌタウナギ]]類）において研究が進んでいる。発生期のヤツメウナギ前脳では、プロソメアを規定する遺伝子発現（''Pax6''、''[[Pax3]]/7''、''[[Lhx]]''などの相同遺伝子）が見られ、峡部オーガナイザーには''Shh''に相同な遺伝子（''[[HhB]]''）が発現しており、視床下部の原基では''Nkx2.1''の相同遺伝子の発現が見られる。それらの領域から発生する神経要素も他の脊椎動物のものと対応している<ref><pubmed> 19729892 </pubmed></ref>。そして円口類のもう一つの系統であるヌタウナギでも、遺伝子の発現様式が他の脊椎動物やヤツメウナギとよく似ていることが明らかとなっている<ref><pubmed> 26878236 </pubmed></ref>。このことから、脊椎動物の歴史において、円口類と[[顎口類]]（Gnathostomes）の分岐以前の段階（すなわち脊椎動物の共通の祖先に極めて近い段階）で間脳のプロソメアを規定する分子基盤は成立していたと考えられる。現生脊椎動物の祖先が誕生したのはおよそ5億年前とされていることから、脊椎動物の間脳発生機構の起源は極めて古いといえる。ただし、間脳に入出力する神経路は動物ごとに多かれ少なかれ相違が見られる。例えば視覚系については、哺乳類以外の[[羊膜類]]では[[視神経]]は間脳の腹側でほぼ全てが交叉し（全交叉）、視神経は視床と中脳の視蓋に入力する（視神経の多くは視蓋に入力する）。そして視蓋から出た神経が視床の神経核（[[円形核]]）に入り、そこからの軸索が終脳の[[背側脳室稜]]（dorsal ventricular ridge: DVR）に投射する。一方、哺乳類では、視神経は間脳の腹側で完全には交叉しない（部分交叉あるいは半交叉）。ただし哺乳類でもクジラ類の視神経は全交叉あるいはそれに近い形態となる<ref>'''Ridgway SH'''<br>The central nervous system of the bottlenose dolphin. In: Leatherwood, S., Reeves, R.R. (Eds.), The Bottlenose Dolphin. pp. 69–97.<br>''Academic Press, San Diego, CA'':1990</ref>。視神経は間脳の[[外側膝状体]]と中脳の上丘（視蓋に相同な領域）に入力し、外側膝状体からの軸索は新皮質の一次視覚野に投射する。このとき、視神経が部分交叉する哺乳類（[[食肉目]]や[[霊長目]]）では右目由来と左目由来の外側膝状体の軸索は混じり合うこと無く視覚野に入力し、[[眼優位性カラム]]（ocular domincance column）を形成する。視覚系のみならず、聴覚系の投射様式も哺乳類と[[鳥類]]・[[爬虫類]]では異なっている。魚類でも異なる感覚の求心性投射は終脳の特定の場所に局在しているが<ref name=ref45 />、その投射領域は羊膜類とは異なる可能性がある。つまり、間脳はその発生メカニズムが確立された後、その基本形を維持しつつも、進化の過程で系統ごとに様々な改変がなされてきたと考えられる。 | ||