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ヒトの胎児における眼の形成は、胚発生の約3週目に始まり、10週目まで続きます。[1]中胚葉組織と外胚葉組織の両方の細胞が眼の形成に寄与します。具体的には、眼は神経上皮、表面外胚葉、および神経堤と中胚葉の両方からなる細胞外間葉から生じます。[2] [3] [4]
神経上皮は網膜、毛様体、虹彩、視神経を形成し、表面外胚葉は水晶体、角膜上皮、まぶたを形成し、細胞外間葉は強膜、角膜内皮と間質、血管、筋肉、硝子体を形成します。
妊娠4週目の終わりに、前脳の両側に一対の眼胞が形成され、眼が発達し始める。眼胞は脳から生じたもので、表面外胚葉と接触し、この接触により眼のさらなる発達に必要な変化が誘発される。眼胞の底にある脈絡溝と呼ばれる溝を通って血管が眼に入る。神経管、神経堤、表面外胚葉、中胚葉などのいくつかの層が眼の発達に寄与する。[2] [3] [4]
眼の発生は、マスターコントロール遺伝子PAX6によって開始されます。これは、ヒト (無虹彩)、マウス (小眼)、ショウジョウバエ(無眼) に相同遺伝子が知られているホメオボックス遺伝子です。PAX6 遺伝子座は、眼の形成に関与するさまざまな遺伝子と成長因子の転写因子です。[1] [5]眼の形態形成は、視神経溝または視神経溝の突出、つまり成長から始まります。神経ひだのこれら 2 つの溝は、神経管の閉鎖とともに視神経胞に変化します。 [6]次に、視神経胞は眼杯に発達し、内層が網膜を形成し、外側部分が網膜色素上皮を形成します。眼杯の中央部分は、毛様体と虹彩に発達します。[7]眼杯の陥入中に、外胚葉が肥厚し始め、水晶体プラコードを形成し、最終的に外胚葉から分離して眼杯の開口端に水晶体小胞を形成します。[1] [3] [4]
眼杯の内部および周囲の細胞がさらに分化して機械的に再配置され、完全に発達した眼が形成されます。
連続誘導
この発達は、臓器が 3 つの異なる組織から形成される連続誘導の例です。
神経管外胚葉（神経外胚葉）
まず、視胞と呼ばれる神経管の突出があります。視胞の発達は、視神経溝と呼ばれる神経板の溝が徐々に深くなるところから、3週の胎児で始まります。いくつかの研究では、このメカニズムはRX/RAX転写因子によって制御されていると示唆されています。[8] WntとFGF（線維芽細胞増殖因子）タンパク質はこの初期段階で役割を果たし、Shisaと呼ばれる別のタンパク質によって制御されています。[6]これが拡大するにつれて、前頭神経孔（胎児の脳腔の出口）が閉じ、視神経溝と神経板が視胞になります。[9]視神経は、視胞と前脳の接続から生じます。[1]
神経外胚葉は、眼の以下の区画を形成します。
表面外胚葉
水晶体の発達は眼胞の発達と密接に関係している。成長する眼胞と外胚葉との相互作用により、その部分で外胚葉が厚くなる。外胚葉のこの厚くなった部分は水晶体プラコードと呼ばれる。次にプラコードは陥入し、水晶体小窩と呼ばれる袋を形成する。[1] [3] [4] 科学者は水晶体プラコードの陥入に必要な張力を研究しており、現在の研究では、陥入挙動を可能にするために初期の網膜細胞に微小フィラメントが存在する可能性があることが示唆されている。研究ではまた、前駆水晶体外胚葉からのRho GTPase依存性糸状仮足が水晶体小窩の形成に重要な役割を果たすことがわかっている。[10] [3] [4] 最終的に、小窩は完全に囲まれる。この閉じた構造が水晶体小胞である。[1]研究により、水晶体の発達には、眼の形態形成のマスター制御遺伝子であるPax6遺伝子の存在が必要であることがわかっている。[11]このマスター制御遺伝子は、密接に関連する眼胞の発達には必要ありません。[12]さらに、Rasの活性化は水晶体の分化を開始するには十分ですが、完了するには十分ではないことが示されています。[11]
その後、眼胞は眼杯を形成し始める。[3] [4]眼杯の形態形成は、神経外胚葉の動きによって球状の眼胞が形成された後に起こる陥入過程である（第 1 段階）。陥入とは、組織が折り返される段階である。約 12 時間かけて、眼胞内層の遠位端が平らになり始める（第 2 段階）。その後の 18 時間で、内層と外層の両方が鋭角に内側に曲がり始め、C 字型の縁が形成され始める（第 3 段階）。最後の 18 時間では、この頂端凸状の陥入が継続され、眼杯が形成される[3] [4] 。この時点で、円柱上皮細胞、偽重層細胞、頂端が狭いくさび形細胞などの形態が観察される。[13]
眼杯の内層は神経上皮（神経網膜）でできており、外層は網膜色素上皮（RPE）でできています。実験により、RPE細胞の分化と維持には、おそらく標準的なWntシグナル伝達による近隣組織との相互作用が必要であることが判明していますが、神経網膜の分化は組織自律因子によって促進されます。[13]
骨形成タンパク質（BMP）は、眼杯の発達の重要な調節因子です。実際、研究では、BMPアゴニストとアンタゴニストが眼杯の発達の精度に必要であることが示されています。[12]組織とシグナル伝達経路間の相互作用も、眼杯の形態形成に大きな役割を果たしています。[8]
興味深いことに、組織培養培地で陥入が完了した後、眼杯を隣接組織から分離すると、光受容体、神経節細胞、双極細胞、水平細胞、アマクリン細胞、ミュラーグリアなど、眼の主要部分のほとんどが発達する可能性があることが研究で示されています。これは、眼杯の形態形成が、水晶体の存在など、環境からの外部刺激とは独立して起こることを示しています。[13]しかし、水晶体は外胚葉が角膜に変化する誘導因子として機能する必要があります。
表面外胚葉は以下の部分を生成します。
神経堤
神経堤細胞自体は外胚葉に由来し、神経管の近くにあります。
中胚葉
中胚葉は以下の構造に貢献します。
発達のカスケード
Liem らによると、眼の器官形成は誘導の発達カスケードの例として指摘されています。眼は本質的には体細胞外胚葉と神経管から派生した外胚葉であり、脊索中胚葉による一連の誘導を経ています。
脊索中胚葉は神経管の前部を誘導して脊椎動物のシナポモルフィックな三分脳の前駆細胞を形成し、間脳と呼ばれる隆起を形成する。脊索中胚葉によるさらなる誘導により、突出部、すなわち眼胞が形成される。この眼胞は、その後、脊索中胚葉からのさらなる誘導によって陥入する。眼胞は次に外胚葉を誘導し、外胚葉は厚くなり（水晶体プラコード）、さらに陥入して外胚葉から分離し、それ自体で神経原性プラコードを形成する。水晶体プラコードは脊索中胚葉の影響を受け、陥入して、神経網膜の内層と色素網膜の外層で構成される眼杯を形成し、これが結合して視神経柄を形成する。網膜色素は桿体と錐体によって形成され、神経管の脳室上皮に典型的な小さな繊毛で構成されています。水晶体胞の細胞の一部は角膜を形成する運命にあり、水晶体胞は完全に発達して最終的な水晶体を形成します。虹彩は眼杯細胞から形成されます。
頭部表皮の反応性
頭部の表皮のみが眼胞からの信号に反応する能力がある。眼の発生には眼胞と頭部表皮の両方が必要である。頭部表皮が眼胞信号に反応する能力は、表皮におけるPax6の発現による。Pax6 は眼の誘導に必要かつ十分である。この能力は、内胚葉、中胚葉、神経板との相互作用により、胚葉形成および神経管形成の間に徐々に獲得される。
規制と抑制
ソニックヘッジホッグはPax6の発現を低下させます。発達中にShhが阻害されると、Pax6の発現領域が拡大し、眼が分離できなくなり、単眼症を引き起こします。[14] Shhの過剰発現は眼構造の喪失を引き起こします。
網膜のビタミンAから生成されるレチノイン酸は、眼杯周囲の視神経周囲間葉への侵入を制限する分泌パラクリンシグナルとして、眼の発達に重要な役割を果たします。 [15]胚発生中の ビタミンA欠乏は、前眼部欠陥（特に角膜とまぶた）を引き起こし、視力喪失や失明につながります。
LMX1Bが眼周囲間葉細胞の生存に役割を果たしているという証拠がいくつかある。 [16]
追加画像
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約 4 週間のヒト胎児の視神経杯と脈絡膜溝を下から見たところ。 -
18 日目の胎児ウサギの眼の水平断面。X 30。 -
6 週目のヒト胎児の眼の矢状断面。 -
成長中のマスの目の断面。
参考文献
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- ^ ab Sadler, TW (1990). Langman's medical embryology (第6版). Williams and Wilkins. ISBN 978-0683074932。
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- ^ ab Fuhrmann, S.、「眼の形態形成と眼胞のパターン形成」Current Topics in Developmental Biology 93, 61-84 (2010 年 10 月 7 日)
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- ^ ab Hill, MA (2015) 胎生学の視覚 - レンズの発達。2015年4月22日閲覧。
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- ^ abc Eiraku et al.、「三次元細胞培養における自己組織化眼杯形態形成」、Nature 472、51–56（2011年4月7日）
- ^ 「脊椎動物の眼の発達 -- 発生生物学 -- NCBI Bookshelf」。2010年4月10日閲覧。
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- ^ McMahon C、Gestri G、Wilson SW、Link BA (2009 年 8 月)。「Lmx1b は眼周囲間葉細胞の生存に必須であり、ゼブラフィッシュの FGF を介した網膜パターン形成に影響を与える」。Dev . Biol . 332 (2): 287–98. doi :10.1016/j.ydbio.2009.05.577. PMC 2716413. PMID 19500562 。
さらに読む
- Keith L. Moore および TVN Persaud (2008)。『ヒトの発達 ― 臨床指向の発生学』第 8 版。米国: Saunders、Elsevier Inc. の出版物。p. 429
外部リンク
- 眼の発達：一連の誘導的相互作用