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神経堤（神経冠とも呼ばれる）は、[[wikipedia:ja:脊椎動物|脊椎動物]]の初期発生において表皮[[外胚葉]]と[[神経板]]の間に一時的に形成される構造であり<ref name="ref1">'''C Kalcheim, N Le Douarin'''<br>The neural crest.<br>''Cambridge, UK: Cambridge University Press.'':1999</ref>、その重要性から脊椎動物が進化の過程で獲得した「第四の[[wikipedia:ja:胚葉|胚葉]]」とも呼ばれる（図１）。 <br> | 神経堤（神経冠とも呼ばれる）は、[[wikipedia:ja:脊椎動物|脊椎動物]]の初期発生において表皮[[外胚葉]]と[[神経板]]の間に一時的に形成される構造であり<ref name="ref1">'''C Kalcheim, N Le Douarin'''<br>The neural crest.<br>''Cambridge, UK: Cambridge University Press.'':1999</ref>、その重要性から脊椎動物が進化の過程で獲得した「第四の[[wikipedia:ja:胚葉|胚葉]]」とも呼ばれる（図１）。 <br> | ||
神経堤細胞（neural crest cells）は神経堤から脱上皮化（delamination）し、[[wikipedia:ja:上皮|上皮]]から[[wikipedia:ja:間葉|間葉]] | 神経堤細胞（neural crest cells）は神経堤から脱上皮化（delamination）し、[[wikipedia:ja:上皮|上皮]]から[[wikipedia:ja:間葉|間葉]]への転換（e[[wikipedia:en:Epithelial-mesenchymal transition|pithelial-mesenchymal transition]], EMT）を行った後に胚体内の様々な部位に遊走する細胞群である。神経堤細胞は各種[[wikipedia:ja:末梢神経系|末梢神経系]]の[[神経細胞]]や[[グリア細胞]]・[[wikipedia:ja:メラニン細胞|メラニン細胞（メラノサイト）]]・[[wikipedia:ja:副腎髄質|副腎髄質]]などの[[wikipedia:ja:クロム親和性細胞|クロム親和性細胞]]・[[wikipedia:ja:心臓|心臓]]の[[wikipedia:ja:平滑筋|平滑筋]]・顔面の[[wikipedia:ja:骨|骨]]や[[wikipedia:ja:軟骨|軟骨]]・[[wikipedia:ja:角膜|角膜]]や[[wikipedia:ja:虹彩|虹彩]]の実質・[[wikipedia:ja:歯髄|歯髄]]など多様な細胞種に分化する（図２）。神経堤細胞はその発生生物学的な観点からの研究のみならず、EMTの機序や高い移動能が癌研究の領域において注目されるとともに、多分化能を有する細胞として癌幹細胞生物学や再生医療の分野でも関心を集めている。<br> | ||
== '''歴史''' == | == '''歴史''' == | ||
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1960年代に入り、[[wikipedia:ja:鳥類|鳥類]]胚を用いて神経堤細胞の移動能を調べる実験が行われるようになった<ref name="ref3">'''B K Hall, S Hörstadius'''<br>The neural crest.<br>''London, UK: Oxford University Press.'':1988</ref>。そして1969年に、フランスのLe Douarinらのグループがニワトリ・[[wikipedia:ja:ウズラ|ウズラ]]の[[wikipedia:ja:キメラ|キメラ]]胚を作成し、神経堤細胞を本格的に標識可能にしたことで神経堤研究が大きく前進した<ref name="ref1" />。彼女らは、ニワトリに比較してウズラの細胞の[[wikipedia:ja:ヘテロクロマチン|ヘテロクロマチン]]の凝集が著明であることに着目し、神経外胚葉全体を除去したニワトリ胚にウズラ胚から摘出した神経外胚葉全体を移植し、ニワトリ体内の様々な部位に移動したウズラ由来細胞（つまり神経堤細胞）の挙動を観察した。この研究によって、神経堤細胞が脊髄後根神経節、[[交感神経]]節、腸管神経節などの末梢神経細胞やグリア細胞、心臓の平滑筋細胞、副腎や[[wikipedia:ja:甲状腺|甲状腺]]の内分泌細胞、メラニン細胞、頭部の骨軟部組織などの多種多様な組織を作り出していることが明らかになった。その後、[[wikipedia:en:DiI|DiI]]やDiOなどの脂溶性蛍光色素を注入し神経堤細胞を特異的に標識する方法が開発され<ref name="ref4"><pubmed> 2562671 </pubmed></ref><ref name="ref5"><pubmed> 8045344 </pubmed></ref>。鳥類胚ならびに[[wikipedia:ja:ネズミ目|齧歯類]]胚において、神経堤の領域ごとに詳細な[[細胞系譜]]が明らかにされていった。 | 1960年代に入り、[[wikipedia:ja:鳥類|鳥類]]胚を用いて神経堤細胞の移動能を調べる実験が行われるようになった<ref name="ref3">'''B K Hall, S Hörstadius'''<br>The neural crest.<br>''London, UK: Oxford University Press.'':1988</ref>。そして1969年に、フランスのLe Douarinらのグループがニワトリ・[[wikipedia:ja:ウズラ|ウズラ]]の[[wikipedia:ja:キメラ|キメラ]]胚を作成し、神経堤細胞を本格的に標識可能にしたことで神経堤研究が大きく前進した<ref name="ref1" />。彼女らは、ニワトリに比較してウズラの細胞の[[wikipedia:ja:ヘテロクロマチン|ヘテロクロマチン]]の凝集が著明であることに着目し、神経外胚葉全体を除去したニワトリ胚にウズラ胚から摘出した神経外胚葉全体を移植し、ニワトリ体内の様々な部位に移動したウズラ由来細胞（つまり神経堤細胞）の挙動を観察した。この研究によって、神経堤細胞が脊髄後根神経節、[[交感神経]]節、腸管神経節などの末梢神経細胞やグリア細胞、心臓の平滑筋細胞、副腎や[[wikipedia:ja:甲状腺|甲状腺]]の内分泌細胞、メラニン細胞、頭部の骨軟部組織などの多種多様な組織を作り出していることが明らかになった。その後、[[wikipedia:en:DiI|DiI]]やDiOなどの脂溶性蛍光色素を注入し神経堤細胞を特異的に標識する方法が開発され<ref name="ref4"><pubmed> 2562671 </pubmed></ref><ref name="ref5"><pubmed> 8045344 </pubmed></ref>。鳥類胚ならびに[[wikipedia:ja:ネズミ目|齧歯類]]胚において、神経堤の領域ごとに詳細な[[細胞系譜]]が明らかにされていった。 | ||
<br> 歴史的に神経堤の研究は鳥類胚や両生類胚を用いたものが多く、哺乳類での解析は十分に行われてこなかったが、1990年代後半以降、[[Cre-loxPシステム]]を利用した[[マウス]]の神経堤研究が急速に発展した。神経堤細胞特異的な遺伝子[[プロモーター]]下流にCre遺伝子を接続したマウス（P0Cre<ref name="ref6"><pubmed> 10419695 </pubmed></ref>、Wnt1Cre<ref name="ref7"><pubmed> 10725237 </pubmed></ref>、Ht-PaCre<ref name="ref8"><pubmed> 12812797 </pubmed></ref>、S4FCre<ref name="ref9"><pubmed> 19830815 </pubmed></ref>）と、Creの存在下で[[wikipedia:en:Beta-galactosidase|β-galactosidase]]や[[蛍光蛋白質]]を発現するレポーターマウスを交配することにより、生後でも神経堤由来細胞（neural crest-derived | <br> 歴史的に神経堤の研究は鳥類胚や両生類胚を用いたものが多く、哺乳類での解析は十分に行われてこなかったが、1990年代後半以降、[[Cre-loxPシステム]]を利用した[[マウス]]の神経堤研究が急速に発展した。神経堤細胞特異的な遺伝子[[プロモーター]]下流にCre遺伝子を接続したマウス（P0Cre<ref name="ref6"><pubmed> 10419695 </pubmed></ref>、Wnt1Cre<ref name="ref7"><pubmed> 10725237 </pubmed></ref>、Ht-PaCre<ref name="ref8"><pubmed> 12812797 </pubmed></ref>、S4FCre<ref name="ref9"><pubmed> 19830815 </pubmed></ref>）と、Creの存在下で[[wikipedia:en:Beta-galactosidase|β-galactosidase]]や[[蛍光蛋白質]]を発現するレポーターマウスを交配することにより、生後でも神経堤由来細胞（neural crest-derived cells, NCDCs）でこれらの酵素や色素を発現し続けるマウスが作製された（図３）。[[Image:図３ P0-Cre LacZ E12.5.png|thumb|225px|<b>図３ P0-Cre/LacZマウス（E12.5）</b>]]これらのマウスを用いた実験により、これまで報告されてきたニワトリ・ウズラのキメラ実験やDiI トレーサー実験の結果が確証された。また、成体においても神経堤由来の組織中に、多分化能を有する未分化な神経堤由来細胞（神経堤幹細胞：neural crest stem cells）が存在することが明らかになった（[[wikipedia:ja:骨髄|骨髄]]<ref name="ref10"><pubmed> 18397758 </pubmed></ref>、脊髄後根神経節<ref name="ref10" />、心臓<ref name="ref11"><pubmed> 16186259 </pubmed></ref>、角膜<ref name="ref12"><pubmed> 16888282 </pubmed></ref>、虹彩<ref name="ref13"><pubmed> 21306482 </pubmed></ref>、歯髄<ref name="ref14"><pubmed> 22087335 </pubmed></ref>、嗅粘膜<ref name="ref15"><pubmed> 21943152 </pubmed></ref>）。神経堤幹細胞は自己の組織から採取可能であり、免疫[[wikipedia:ja:拒絶反応|拒絶反応]]や[[wikipedia:ja:胚性幹細胞|胚性幹細胞]]が有する倫理的問題を避けることができるため、再生医療の細胞ソースとしても注目されている。また、頸部・肩の筋骨格の形成に神経堤細胞と中胚葉由来の細胞が共に貢献することも明らかなった<ref name="ref16"><pubmed> 16034409 </pubmed></ref>。さらに、感覚器プラコードから形成されると考えられていた[[wikipedia:ja:内耳|内耳]]<ref name="ref17"><pubmed> 22110056 </pubmed></ref>や嗅上皮の構築<ref name="ref15" /><ref name="ref18"><pubmed> 21543621 </pubmed></ref>に、神経堤細胞が貢献することも明らかとなった。 | ||
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== '''誘導 ''' == | == '''誘導 ''' == | ||
神経堤の成立には、表皮外胚葉、神経上皮、そしてその境界領域（神経堤の予定部位）における種々の誘導シグナルと、それによって引き起こされる遺伝子カスケードが必要とされる<ref name="ref19"><pubmed> 15363405 </pubmed></ref>。表皮外胚葉の運命決定は高濃度の[[骨形成因子]]( | 神経堤の成立には、表皮外胚葉、神経上皮、そしてその境界領域（神経堤の予定部位）における種々の誘導シグナルと、それによって引き起こされる遺伝子カスケードが必要とされる<ref name="ref19"><pubmed> 15363405 </pubmed></ref>。表皮外胚葉の運命決定は高濃度の[[骨形成因子]](bone morphogenetic protein, BMP)の発現によってなされ<ref name="ref20"><pubmed> 7553857 </pubmed></ref>、K[[wikipedia:en:Keratin|eratin]]といった表皮特異的な遺伝子を発現するようになる。神経上皮ではBMPの発現が抑制されるとともに中胚葉からの誘導シグナルを受け、Zic、[[wikipedia:en:SOX2|Sox2]]、Neuro-D、proneural bHLH[[転写制御因子]]、[[NCAM]]、N-tubulinなどを発現するようになる。表皮外胚葉と神経上皮の境界領域では、[[WNT]]<ref name="ref21"><pubmed> 12161657 </pubmed></ref>、中濃度のBMP（脊椎動物）、沿軸中胚葉より分泌される[[線維芽細胞成長因子]](fibroblast growth factor, FGF)<ref name="ref22"><pubmed> 9281332 </pubmed></ref>などの誘導シグナルによりPax3/7、Msx1/2、Zicなどの遺伝子が発現し、神経堤特異的な遺伝子群（Snail、Slug、FoxD3、AP-2）の発現が誘導される<ref name="ref19" />。また、境界領域の細胞と神経上皮細胞間の[[wikipedia:ja:Notchシグナリング|Notchシグナリング]]を介した細胞間相互作用も神経堤の誘導に重要とされる<ref name="ref23"><pubmed> 11861470 </pubmed></ref> 。 | ||
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== '''多分化能 ''' == | == '''多分化能 ''' == | ||
移動を開始する前の神経堤細胞には、神経細胞や[[シュワン細胞]]、メラニン細胞など複数の細胞種に分化できる多能性を有した細胞が存在すると報告されている<ref name="ref31"><pubmed> 2457813 </pubmed></ref>。しかしながら、神経堤細胞の全てが多能性を有している訳ではなく、遊走前から分化の方向が決定されている細胞も存在する。初期に神経堤を離脱した細胞の多くは、神経細胞には分化するがメラニン細胞には分化せず、逆に後期に神経堤を離脱した細胞はメラニン細胞には分化するが神経細胞には分化できない<ref name="ref32"><pubmed> 9334283 </pubmed></ref>。これらの神経堤細胞の分化方向は、[[wikipedia:en:SOX9|Sox9]]や[[wikipedia:en:SOX10|Sox10]]によって活性化される[[wikipedia:en:Microphthalmia-associated transcription factor|Mitf]]・[[wikipedia:en:CD117|c-Kit]]（メラニン細胞）や[[wikipedia:en:Myelin protein zero|P0]]（シュワン細胞）などによって運命づけられる<ref name="ref19" />。一方、神経堤細胞の最終的な分化は移動後の環境にも大きく依存するとされる。例えば、脊髄神経節の形成には[[脳由来神経成長因子]] | 移動を開始する前の神経堤細胞には、神経細胞や[[シュワン細胞]]、メラニン細胞など複数の細胞種に分化できる多能性を有した細胞が存在すると報告されている<ref name="ref31"><pubmed> 2457813 </pubmed></ref>。しかしながら、神経堤細胞の全てが多能性を有している訳ではなく、遊走前から分化の方向が決定されている細胞も存在する。初期に神経堤を離脱した細胞の多くは、神経細胞には分化するがメラニン細胞には分化せず、逆に後期に神経堤を離脱した細胞はメラニン細胞には分化するが神経細胞には分化できない<ref name="ref32"><pubmed> 9334283 </pubmed></ref>。これらの神経堤細胞の分化方向は、[[wikipedia:en:SOX9|Sox9]]や[[wikipedia:en:SOX10|Sox10]]によって活性化される[[wikipedia:en:Microphthalmia-associated transcription factor|Mitf]]・[[wikipedia:en:CD117|c-Kit]]（メラニン細胞）や[[wikipedia:en:Myelin protein zero|P0]]（シュワン細胞）などによって運命づけられる<ref name="ref19" />。一方、神経堤細胞の最終的な分化は移動後の環境にも大きく依存するとされる。例えば、脊髄神経節の形成には[[脳由来神経成長因子]]（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）が、シュワン細胞への分化にはグリア増殖因子である[[ニューレグリン]]（neuregulin）が、平滑筋の形成には[[wikipedia:en:Transforming growth factor beta|TGF-β]]の存在が重要である。 | ||
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== '''神経堤症（neurocristopathy） ''' == | == '''神経堤症（neurocristopathy） ''' == | ||
神経堤からは多様な細胞が分化するため、その特定の細胞系譜に発生・分化・遊走の異常が生じると様々な疾患が誘導される。ヒトにおいて、神経堤に由来するとされる組織の先天[[wikipedia:ja:奇形|奇形]]や[[wikipedia:ja:腫瘍|腫瘍]]などは神経堤症と総称される。代表的な疾患としては、腸管末端部における神経節細胞の先天的欠損に起因する[[wikipedia:ja:ヒルシュスプルング病|Hirschsprung病]]（先天性巨大結腸症）、副腎髄質のクロム親和性細胞の腫瘍である[[wikipedia:ja:褐色細胞腫|褐色細胞腫]]、カフェオレ斑や神経線維腫を主徴とする全身性[[wikipedia:ja:母斑症|母斑症]]である[[wikipedia:ja:神経線維腫症1型|神経線維腫症1型]]（von | 神経堤からは多様な細胞が分化するため、その特定の細胞系譜に発生・分化・遊走の異常が生じると様々な疾患が誘導される。ヒトにおいて、神経堤に由来するとされる組織の先天[[wikipedia:ja:奇形|奇形]]や[[wikipedia:ja:腫瘍|腫瘍]]などは神経堤症と総称される。代表的な疾患としては、腸管末端部における神経節細胞の先天的欠損に起因する[[wikipedia:ja:ヒルシュスプルング病|Hirschsprung病]]（先天性巨大結腸症）、副腎髄質のクロム親和性細胞の腫瘍である[[wikipedia:ja:褐色細胞腫|褐色細胞腫]]、カフェオレ斑や神経線維腫を主徴とする全身性[[wikipedia:ja:母斑症|母斑症]]である[[wikipedia:ja:神経線維腫症1型|神経線維腫症1型]]（von Recklinghausen病）、感音難聴・白髪・[[wikipedia:ja:虹彩異色症|虹彩異色症]]をきたす[[wikipedia:ja:ワールデンブルグ症候群|Waardenburg症候群]]、第3第4咽頭嚢の発生異常により心奇形・顔面異常・胸腺の低形成・[[wikipedia:ja:口唇口蓋裂|口蓋裂]]・低カルシウム血症などをきたす[[wikipedia:ja:22q11.2欠失症候群|22q11.2欠失症候群]]などがある。近年、CHARGE症候群（虹彩欠損・心疾患・後鼻孔閉鎖・成長障害と精神発達障害・性器の低形成・耳介の変形・[[wikipedia:ja:難聴|難聴]]を特徴とする）の原因遺伝子であるCHD7遺伝子が、ヒトならびにアフリカツメガエルの神経堤形成に必須であることが明らかになりCHARGE症候群が神経堤症であると実証された<ref name="ref33"><pubmed> 20130577 </pubmed></ref>。<br> | ||
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