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→神経誘導と前後軸パターン形成モデル
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== 神経誘導と前後軸パターン形成モデル == | == 神経誘導と前後軸パターン形成モデル == | ||
前後軸は、神経の発生において最も早く確立される軸である。シュペーマンらによる神経外胚葉の誘導現象の発見は、その後の前後軸形成機構の研究に大きな影響を与えた。 | |||
1920年代後半、[[wikipedia:ja:シュペーマン|シュペーマン]]と[[wikipedia:Hilde Mangold| | 1920年代後半、[[wikipedia:ja:シュペーマン|シュペーマン]]と[[wikipedia:Hilde Mangold|ヒルデ・マンゴルト]]は[[wikipedia:ja:両生類|両生類]]胚を用いて、[[中枢神経系]]の前後軸パターン形成に関わる重要な領域を明らかにした<ref name=ref1><pubmed>11252999</pubmed></ref>。[[wikipedia:ja:イモリ|イモリ]]初期[[wikipedia:ja:原腸胚|原腸胚]]の[[wikipedia:ja:原口背唇部|原口背唇部]]を本来神経組織に分化しない表皮外胚葉に移植すると、完全な頭部と胴部を含む二次軸が誘導された。後期原腸胚の原口背唇部を表皮外胚葉に移植すると、頭部が欠損した胴尾部組織が異所的に生じた。シュペーマンらはこのような実験結果に基づき、外胚葉から神経組織([[神経外胚葉]])を誘導する活性をもつ原口背唇部を、オーガナイザー（形成体）と名付けた。特に、初期原腸胚の原口背唇部は頭部オーガナイザー、後期原腸胚の原口背唇部は尾部オーガナイザーと呼ばれている。神経外胚葉は中枢神経系の原基である神経板を形成し、原口背唇部からは、その後神経外胚葉下を前方向に移動する[[wikipedia:ja:中内胚葉|中内胚葉]]（mesendoderm）細胞および[[wikipedia:ja:中胚葉|中胚葉]] (mesoderm) 細胞が派生する。先に移動する中内胚葉細胞は[[脊索前板]]を形成し、それに続き移動する中胚葉細胞は[[脊索]]を形成する。 | ||
オットー・マンゴルトは1930年代前半に、前方神経板下の中内胚葉細胞を表皮外胚葉領域に移植すると頭部が誘導され、後方神経板下の中胚葉細胞を表皮外胚葉領域に移植すると胴体および尾部が誘導されることを示した。このようなことから、初期原腸胚の原口背唇部は頭部オーガナイザー、後期原腸胚の原口背唇部は尾部オーガナイザーと呼ばれている。これら一連の実験から、原口背唇部の神経誘導活性は時間とともに性質が変化し、オーガナイザー細胞が前方へ移動する過程において、オーガナイザーとの接触により異なるシグナルを受け取った外胚葉には、前後軸に沿って異なる性質をもつ領域が形成されると考えられた。1990年代前半、ついに、二次軸を誘導するオーガナイザー因子として、[[ノギン]]（[[Noggin]]）、[[コーディン]]([[Chordin]]) および[[フォリスタチン]]([[Follistatin]]) が同定された。これらの分子は、頭部・尾部オーガナイザーやそれらに由来する中内胚葉細胞や中胚葉細胞に発現し、表皮外胚葉から分泌される[[骨形成タンパク質]]([[bone morphogenetic protein]]: [[BMP]]) がもつ神経抑制作用を打ち消すことで、外胚葉から神経外胚葉を誘導することができる<ref name=ref1 />。 | |||
また、頭部オーガナイザーおよびそれに由来する前方内胚葉細胞には、頭部誘導活性をもつCerberusやDkkが発現することが明らかにされた。CerberusはNodalシグナル、Wntシグナル、およびBMPシグナルの阻害分子であり、DkkはWntシグナル阻害分子である。これらは、前方神経板に作用し、神経板の後方化を抑制している。ChordinとDkkを共に表皮外胚葉に発現させたときのみ、頭部と胴部を含む二次軸が形成されることから、両生類では、頭部誘導に関しては、Wntシグナル阻害分子とBMP阻害分子との協調的作用が必要であると考えられている。 | |||
現在では、[[Wnt]] | [[wikipedia:fr:Peter Nieuwkoop|ニューコープ]]は1950年代前半に、両生類胚を用いた前後軸形成に関する移植実験を行った。外胚葉断片を初期原腸胚の神経板の前後の様々な場所に挿入したところ、移植片において、前方の性質（前脳）はどの位置に挿入した場合でも誘導された。一方、移植片を神経板の後方部に挿入した場合にのみ、移植片に後方の性質が誘導された。これらのことから、ニューコープは中枢神経系の前後軸パターン化に関する活性化-形質変換（activation-transformation）モデルを提唱した<ref name=ref1 />。第一段階として、原口背唇部の細胞が分泌するシグナル分子が、外胚葉を神経外胚葉へと活性化し、神経板に前脳に相当する領域の性質を与える。第二段階として、[[トランスフォーマー]]と呼ばれる[[後方化分子]]が、胚の後方領域から分泌される。そして、後方化分子は神経板内を平行に移動し、その濃度勾配が神経板の前後軸に沿って形成される。その結果、初期神経板の性質は後方化分子の濃度に依存して、[[中脳]]、[[後脳]]および[[脊髄]]の性質へと変換されるという考え方である。 | ||
現在では、[[Wnt]]などのトランスフォーマーの性質を満たす後方化分子が同定されており、シュペーマンらのオーガナイザーとニュークープのモデルの両者を重ね合わせたものが、現代の神経発生生学における前後軸形成機構の基礎となっている<ref name=ref1 />。 | |||
== 神経板の前方化 == | == 神経板の前方化 == | ||