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神経胚は、神経胚形成が起こる発達の初期段階にある脊椎動物の 胚である。神経胚段階の前には原腸胚段階があり、結果として神経胚形成の前には原腸胚形成がある。[1]神経胚形成は器官形成のプロセスの始まりを示す。[2]
マウス、ニワトリ、カエルは神経胚を研究するための一般的な実験モデルです。種によって、胚は異なる時点で神経胚期に到達し、この段階で過ごす時間も異なります。[3] [4]卵生生物の場合、孵卵温度も神経胚形成の長さに影響します。[2]神経管の発達に加えて、種に応じて神経胚期の胚では他のプロセスが発生します。たとえば、爬虫類では、胚外膜組織が胚とは別になります。[2]
神経胚は神経管を囲む5つの中胚葉領域を持つ。 [5]前部中胚葉は頭部に発達し、後部中胚葉は体幹に発達する。[1]細胞外マトリックス中のプロテオグリカンなどのさまざまな分子や、Pax転写因子などの遺伝子が、神経胚期の神経管の発達と閉鎖に不可欠である。[6] [7]
神経管形成
神経管形成は、脊椎動物の胚において神経胚期に起こるプロセスであり、神経管が形成される。[6] [8]神経管形成には、一次神経管形成と二次神経管形成の2種類がある。一次神経管形成とは、神経板が形成され、内側に折り畳まれて神経管を形成することを指す。 [6] [8]二次神経管形成では、神経管は髄質索の空洞が融合することによって形成される。[6] [8] [9]両生類と爬虫類では、一次神経管形成によって神経管全体が形成され、神経管はその全長にわたって同時に閉じる。[8]対照的に、魚類では、二次神経管形成によって神経管が形成される。 [10]一次神経管形成と二次神経管形成はどちらも鳥類と哺乳類で起こるが、わずかな違いがある。一次神経管形成は頭蓋部と上部脊髄部で起こり、脳と脊髄の上部が形成される。二次神経管形成は下部仙骨部と尾部で起こり、脊髄の下部が形成される。[6] [10]鳥類では神経管は前方から後方に閉じるが、哺乳類では最初に中央が閉じ、続いて両端が閉じる。[8]
発達のタイミング
胚が神経胚段階に達する時期は種によって異なり、卵生生物の場合、神経胚形成の長さは孵化温度によっても影響を受ける。一般的に、温度が低いほど神経胚形成の長さは長くなる。ニワトリの胚は受精後2日目に神経胚段階に達し、5日目まで神経胚形成を経る。ワニ、トカゲ、カメなどの爬虫類は、神経胚段階に長い時間を費やす傾向がある。[2] 18℃で孵化した典型的なカエルの胚は、受精後50時間で神経胚形成初期段階となり、67時間で神経胚形成後期段階となる。[3]マウスの胚は妊娠7.5日目に神経胚形成を開始し、9日目まで神経胚段階に留まる。[4]
形態学
神経胚期の脊椎動物の胚中胚葉は5つの領域に分けられる。神経管の腹側は脊索中胚葉である。神経管の両側は沿軸中胚葉であり、神経管の中間の側方領域は中間中胚葉である。4番目の領域は側板中胚葉であり、最後の領域は頭部間葉である。[5]中胚葉の前部は頭部などの生物の吻側領域に発達し、後部中胚葉は胴体や尾などの尾側領域に発達する。[1]沿軸中胚葉は体節中胚葉とも呼ばれ、体節パターンで発生する組織ブロックである体節に発達する。体節は、椎骨、肋骨、骨格筋、軟骨、腱、皮膚を形成します。[8] [11]
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アフリカツメガエルでは、原腸胚から神経胚への移行に伴って、原口を取り囲む2つの領域、すなわち原腸胚の背側の退縮辺縁帯 (IMZ) とその上にある非退縮辺縁帯 (NIMZ) の形態変化が起こる。中期原腸胚期の退縮に続いて、IMZ は収束伸長し、側方領域が狭くなって正中線に向かって移動し、前端が長くなる。これにより、原口が狭くなる。退縮しない NIMZ は同時に反対方向に、IMZ が占めていない領域を覆うようにより速い速度で伸長する。IMZ と NIMZ の収束伸長は原腸形成の後半に始まり、神経胚期後期まで続く。最終的に、IMZ の深部組織が中央の脊索と周囲の沿軸中胚葉を形成する。神経胚の初期段階では、脊索は明確に区別される。脊索細胞は円周挿入と呼ばれるプロセスで、コインの山のような形に配置される。IMZの表層は原腸の屋根、つまり原始的な腸に発達し、その下の内胚葉は原腸の床を形成する。NIMZは初期の神経管に似た構造に発達する。神経胚の外側の外胚葉層は、動物極の細胞が均一に拡張して形成され、動物帽として知られる。外胚葉はその後、神経組織と表皮組織に分化する。[12]
爬虫類の胚では、後期神経胚から器官形成の初期段階にかけて、卵黄嚢、絨毛膜、羊膜からなる胚外膜組織が胚の組織とは別個に形成される。中胚葉は分裂して2層からなる胚外体腔を形成する。血管が発達した中胚葉-内胚葉の内層は内臓側板と呼ばれ、卵黄嚢に発達する一方、血管が発達していない外胚葉-中胚葉の外層は体側板と呼ばれ、羊膜と絨毛膜になる。器官形成の過程で、これら3つの胚外組織は完全に発達する。さらに、爬虫類の神経胚葉内では、脳の組織が分化し始め、心臓と血管が形成され始める。[2]
化学組成
マウスの神経胚組織は急速に分裂し、平均細胞周期は 8 ～ 10 時間です。神経胚段階の細胞の細胞外マトリックス(ECM)内のプロテオグリカンは、機能的な頭蓋神経管形成と神経襞の隆起を促進する上で重要な役割を果たします。細胞は硫酸化グリコサミノグリカン(GAG) を低レベルに維持しながら、ヒアルロン酸(HA) が合成され蓄積されます。HAは両凸型神経襞の形成に関与し、硫酸化 GAG は神経溝を V 字型に操作するだけでなく、神経管の閉鎖にも重要です。脊髄領域の中胚葉細胞は密集しており細胞間空間がほとんどないため、ECM は脊髄神経管形成では主要な役割を果たしません。さらに、アクチン含有マイクロフィラメントは頭蓋神経管形成に必要であると考えられています。これらは神経の折り畳みのメカニズムとして作用するか、すでに形成された神経の折り畳みを安定化させる可能性がありますが、正確な役割は決定されていません。インスリンやトランスフェリンなどの成長因子も神経管形成に役割を果たしているという証拠はいくつかありますが、この関連性は十分に研究されていません。[6]
遺伝子活性化
神経胚期の胚では、さまざまな遺伝子が発現していることがわかっています。神経管の発達中の別々の領域で発生するものなど、さまざまな神経管形成イベントに対して、異なる遺伝子が活性化されます。[6]これらの遺伝子は、適切な神経管形成と神経管の閉鎖に必要です。Wnt、FGF、BMFなどのシグナル伝達分子と、Msx、Snails、Sox8/9/10、Pax3 /7遺伝子などの転写因子は、神経堤形成に重要な役割を果たします。[6]
Pax転写因子は、特に中枢神経系と神経堤に関して、初期発生において重要な役割を果たしている。Pax3とPax7は、神経堤細胞の生存を促進するとともに、環境ストレス耐性を促進する。 [7]マウスの胚では、Pax3は、制御された増殖とゲノム安定性に必要な腫瘍抑制遺伝子 p53が神経胚のすべての細胞で発現するのを阻害する。[6] [7]初期発生中、Pax3は神経板の後部と側部、つまり神経堤が発生するのと同じ領域で発現する。[7]マウスとヒトのPax3変異体では神経堤の欠陥が発生することがわかっており、機能性が重要であることが示唆されている。[7] [13]ニワトリ、カエル、魚類では、Pax3/Pax7はWntおよびFGFシグナル伝達によって活性化される。[7] Pax3とPax7は神経堤誘導にも必要であり、この2つの遺伝子が欠損すると、特定の神経堤遺伝子であるSnail2とFoxd3が活性化されず、神経堤のさらなる発達や移動ができなくなる。[7]ノックアウトの使用は、神経胚にあるいくつかの遺伝子の役割と機能の理解に役立っている。例えば、Wnt-1は、神経板が閉じるときに神経襞の先端に存在しているにもかかわらず、神経板の閉鎖には関与していないことがわかった。ただし、Wnt-1の変異体は脳内のパターン欠陥につながる。Notch1は体節の形成に関与している。HNF -3は脊索と節の発達に必要である。[14]血液中の脂溶性分子の輸送と代謝に関与する遺伝子アポリポタンパク質Bは、卵黄嚢と胎児肝臓で発現している。[6]アフリカツメガエルの神経胚内には、発達遺伝子Xwnt-3とXwnt-4が存在する。[15]
参考文献
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