神経板

発生学において、神経板は神経系の基盤となる重要な発生構造である。胚の原始線条の原始結節より頭側では、外胚葉組織が肥厚して扁平化し、神経板となる。原始結節より前方の領域は、一般的に神経板と呼ばれる。細胞は、伸長と狭窄が続くにつれて円柱状の外観を呈する。神経板の両端は神経褶と呼ばれ、神経板の両端を押し上げて互いに折り畳み、脳と脊髄の発達に不可欠な構造である神経管を形成する。このプロセス全体を一次神経管形成と呼ぶ。^{[ 1 ]}

シグナル伝達タンパク質は神経板の発達においても重要であり、神経板となる組織の分化を促進する。こうしたタンパク質の例としては、骨形成タンパク質やカドヘリンなどが挙げられる。これらのタンパク質の発現は、神経板の折り畳みとそれに続く神経管形成に不可欠である。

一般的に4つの段階に分けられる一次神経管形成の過程は、最初の3つの段階で神経板が関与します。神経板の形成と折り畳みは、一次神経管形成の最初の段階です。これに続いて、神経板細胞の精緻化と成長が起こります。一次神経管形成の3番目の段階では、神経板そのものは関与せず、神経板の縁が合わさって神経管の形成が始まります。神経板が管状に折り畳まれると、神経襞が合わさって神経管の融合が完了します。この過程は右の図に示されており、神経板は紫色で示されています。ライムグリーンは神経板の縁を示しており、これが神経襞となり、神経板の折り畳みに関与して神経管を形成します。この図は、神経板が神経管へと発達する様子を示しており、神経堤細胞もここから発生します。^{[ 1 ]}

一次神経管形成では、外胚葉層が3つの細胞群に分かれます。神経管（将来の脳と脊髄）、表皮（皮膚） 、および神経堤細胞（表皮と神経管をつなぎ、移動してニューロン、グリア細胞、皮膚細胞の色素沈着を形成します）。 ^{[ 1 ]}

神経板形成の段階では、胚は3つの細胞層から構成されます。外胚葉は最終的に皮膚と神経組織を形成し、中胚葉は筋肉と骨を形成し、内胚葉は消化管と呼吸器系の内壁を覆う細胞を形成します。神経板における神経組織の前駆細胞を構成する前駆細胞は、神経上皮細胞と呼ばれます。

脊索に張られた胚の背側部分の外胚葉細胞は、最終的に神経板を形成する細胞である。これらの細胞の約半分は外胚葉のままになるように誘導され、残りの半分は神経板を形成する。^{[ 2 ] [ 3 ]}

神経板と神経管の形成には、形成、屈曲、収束、閉鎖の4つの段階があります。神経板の形成は、背側中胚葉がその上の外胚葉細胞に、円柱状の神経板細胞に伸長するように信号を送ることから始まります。^{[ 4 ]}この異なる形状によって、推定神経板の細胞は他の前表皮細胞と区別されます。神経板が単独で分離されると、より薄い板状に発達しますが、神経管は形成されません。推定表皮と神経板組織を含む領域が分離されると、小さな神経褶が形成されます。神経板の形成と神経管の閉鎖全体を通して起こる伸長は重要です。神経管の閉鎖領域では、板が管状に形作られ始めたときにすでに閉鎖した領域と比較して、正中線で非常に高い伸長活動が見られます。^{[ 5 ]}

神経板の屈曲には、神経板が周囲の組織と接続する蝶番の形成が伴います。神経板の中央線は正中蝶番点（MHP）と呼ばれます。この領域の細胞は、この構造に関与していることから正中蝶番点細胞と呼ばれ、安定化され、脊索に接続されます。これらの細胞は、原始結節より前方の神経板領域に由来します。脊索はMHP細胞の形状変化を開始させます。これらの細胞は高さが減り、くさび形になります。もう1つのタイプの蝶番点は背側外側にあり、背側外側蝶番点（DLHP）と呼ばれます。これらの領域は、神経管を形成するために互いに接続する前に、MHP細胞と同じように溝ができ、形状が変化します。実験では、脊索がないとMHPの特徴が正しく発達せず、神経板と神経管の形成が適切に行われないことが観察されました。^{[ 6 ]}神経板と脊索の間のコミュニケーションは、将来の神経管の誘導と形成にとって重要である。

神経管の閉鎖は、神経褶が互いにくっつき合うことで完了します。神経管として残った細胞は脳と脊髄を形成しますが、神経板の一部であった他の細胞は神経堤細胞として管から移動します。上皮間葉転換の後、これらの細胞は自律神経系と末梢神経系の特定の細胞を形成します。^{[ 7 ]}

細胞シグナル伝達と必須タンパク質

神経板の適切な折り畳みと機能に不可欠なのは、神経系に関連するカドヘリンタンパク質の一種であるN-カドヘリンです。N-カドヘリンは神経板細胞を結合させるのに不可欠です。さらに、神経板細胞になる運命にある細胞は、神経板の凝集性をさらに高めるために神経細胞接着分子（NCAM）を発現します。別のカドヘリンであるE-カドヘリンは、神経板の発達過程において外胚葉細胞によって発現されます。^{[ 1 ]}

骨形成タンパク質4、またはBMP4は、外胚葉の細胞を皮膚細胞に分化させる形質転換成長因子です。BMP4がないと、外胚葉細胞は神経細胞に発達します。 外胚葉の下にある軸中胚葉細胞は、コーディン、ノギン、フォリスタチンと呼ばれる抑制シグナルを分泌します。これらの抑制シグナルは、通常であれば細胞を外胚葉にするBMP4の作用を阻害します。その結果、上層の細胞は正常な経過をたどり、神経細胞に発達します。これらの神経細胞を取り囲む外胚葉の細胞はBMP4の抑制シグナルを受け取らないため、BMP4はこれらの細胞を皮膚細胞に発達させます。^{[ 8 ]}

神経板境界指定因子は、一連の転写因子として誘導される。Distalless-5、PAX3、PAX7は、境界領域が神経板または表皮になるのを防ぐ。^{[ 1 ]}これらは、神経堤指定因子と呼ばれる第2の転写因子群を誘導し、細胞を神経堤細胞にする。

新たに形成された神経板では、PAX3 mRNA、MSX1 mRNA、およびMSX1/MSX2タンパク質が内側外側に発現している。^{[ 9 ]} 神経板が折り畳まれ始めると、神経板の吻側領域ではPax3およびMSXタンパク質は発現しない。神経管閉鎖より尾側の領域では、PAX3およびMSXの発現は神経褶の外側領域に限定されている。^{[ 9 ]}これらのmRNAおよびタンパク質発現の変動は、神経板細胞の分化においてこれらのタンパク質がどのように役割を果たしているかを示唆している。

pSMAD 1、5、8のレベルが低いと、側方神経板細胞よりも中央ヒンジポイントでの可動性が大きくなります。^{[ 10 ]}この柔軟性により、神経管の形成時に神経板が座屈して持ち上がるような旋回とヒンジ動作が可能になります。神経板は、形態形成運動が起こるのに十分な剛性を持ちながら、神経管への変換のために形状と位置の変化を起こすのに十分な柔軟性も持たなければなりません。

神経管の閉鎖は種によって異なり、ヒトとニワトリの違いは最もよく研​​究されているものの1つである。ヒトでは、神経管は胚の中央領域から融合し、外側に向かって移動する。ニワトリでは、神経管の閉鎖は将来の中脳領域から始まり、両方向に閉鎖する。^{[ 1 ]}鳥類と哺乳類では、閉鎖は同時には起こらない。

イモリや一般的な両生類の胚では、細胞分裂は形態形成の主たる役割を担っていません。イモリの胚細胞ははるかに大きく、卵の色素沈着によって細胞同士を区別します。イモリの神経板は長さが2倍になり、先端の幅が狭くなり、厚みが増します。^{[ 5 ]}神経板の縁は背側に立ち上がり、正中線に向かって折り畳まれ、神経管を形成します。先端の表面積は減少します。

ニワトリの胚では、神経板は長さが増し、先端の幅が減少する一方で、板の厚さは大きく変化しません。神経板はハンバーガー・ハミルトン段階を経て進行し、HH6-7頃まで厚くなり、その後、管状に折り畳まれ始めます。両生類の胚とは異なり、神経管形成中は先端表面積が増加します。^{[ 5 ]}マウスの胚では、板の中央の両側に大きな凸状の曲線があります。この曲線は、板が一緒に巻かれて神経管を形成するときに反転する必要があります。^{[ 5 ]}

神経板の研究は、外胚葉の決定と神経経路への関与を調べることから本格的に始まった。研究および実験技術の発展に伴い、神経管形成の研究、および成長中の胚における神経板の発達と役割の研究において大きな進歩があった。このような技術の使用は、発生段階と全体的な研究目標によって異なるが、細胞標識や移植などの方法が含まれる。^{[ 11 ]}

この記事には、グレイ解剖学第20版（1918年）からのパブリックドメインのテキストが含まれています。

• スイスの発生学（UL 、UB 、UFより）hdisqueembry/triderm10
• テンプル大学発生学研究室EMBIII97/sld010
• 概要と図はumich.eduに掲載されています。2018年12月28日にWayback Machineにアーカイブされました。