神経誘導と脊索の発生

神経誘導とは、外胚葉の一部が脳と脊髄の原基である神経板になるように方向付けられる過程である。これは、オーガナイザーと軸性中胚葉、特に脊索からのシグナルによって推進される。脊索は、初期の体軸をパターン形成し、脊索動物の定義的な構造でもある一過性の正中線上の棒状構造である。

Definition

神経誘導とは、オーガナイザーと軸性中胚葉からのシグナルによって、背側外胚葉における神経板の運命が決定されることである。脊索は、オーガナイザー/結節から生じ、神経管と体節をパターン形成し、胚の軸骨格を形成する軸性中胚葉の正中線上の棒状構造である。

Scope

このトピックでは、軸性中胚葉からの脊索の形成、オーガナイザーと脊索による上層外胚葉の神経化を誘導するシグナル伝達、神経誘導のデフォルトモデル、および神経管と軸骨格のパターン形成における脊索の役割について扱う。これは発生解剖学の参考記述であり、臨床的ガイダンスを提供するものではない。

Core questions

• 脊索はどのようにして軸性中胚葉から形成されるのか？
• オーガナイザーと脊索はどのようにして神経板を誘導するのか？
• 神経誘導の根底にある分子シグナルは何か？
• 脊索はどのようにして神経管と周囲の組織をパターン形成するのか？

Key concepts

• オーガナイザー（シュペーマン・マンゴールドオーガナイザー；有羊膜類では結節）
• 脊索と軸性中胚葉
• 神経板と神経外胚葉
• BMPアンタゴニスト（ノギン、コーディン）
• ソニックヘッジホッグと腹側神経管のパターン形成
• 脊索残存物（髄核）

Key theories

神経誘導のデフォルトモデル

外胚葉は本質的に神経運命に前もって決定されており、BMPシグナル伝達によって表皮状態に維持されている。ノギンやコーディンなどのオーガナイザー由来のBMPアンタゴニストがこの阻害を解除し、根底にある神経運命の発現を可能にする。

Mechanisms

オーガナイザー（両生類では背側唇、有羊膜類では結節）は、前脊索板と脊索（胚の正中線に沿って走る軸性中胚葉の棒状構造）を生じさせる。オーガナイザーと脊索は、ノギンやコーディンを含むBMPのアンタゴニストを分泌し、上層外胚葉におけるBMPシグナル伝達を局所的に阻害する。デフォルトモデルによれば、このBMP阻害からの解放により、外胚葉は本来の神経運命を獲得し、神経板を形成し、それが神経管へと折り畳まれる。脊索は、発生中の神経管と体節のパターン形成を継続し、その一部はソニックヘッジホッグを分泌して腹側神経細胞型を特定し、硬化節を誘導することによって行われる。脊索自体はほとんど一過性であり、椎体を誘導し、成熟した脊椎では椎間板の髄核としてのみ残存する。

Clinical relevance

神経誘導および神経管閉鎖の障害は、無脳症や二分脊椎などの神経管欠損症と関連しており、脊索組織の遺残は、軸骨格に沿って発生する腫瘍である脊索腫の発生源である。この項目は、参考のために発生学的関係を記述するものであり、診断、予防カウンセリング、または治療の根拠となるものではない。

Evidence & guidelines

ここでの記述は、オーガナイザー移植から始まり、誘導およびパターン形成シグナルの分子同定によって拡張された脊椎動物モデルにおける実験発生学および分子発生生物学に基づいている。また、臨床ガイドラインではなく、標準的なヒト発生学の教科書も参照している。

History

背側オーガナイザーが神経系を誘導する能力は、1924年のシュペーマンとマンゴールドの移植実験で実証された。この実験では、移植されたオーガナイザー組織が宿主において神経管を伴う二次軸を誘導できることが示された。分子基盤は1990年代まで不明であったが、オーガナイザーが分泌するノギンやコーディンなどのBMPアンタゴニストが同定され、神経誘導がBMP阻害によって明らかになるデフォルト状態として再構築された。

Debates

神経運命は真の「デフォルト」状態なのか、それとも能動的な指示を必要とするのか？

デフォルトモデルは、BMPシグナル伝達がブロックされるだけで外胚葉が神経になるとしているが、その後の研究では、追加の指示的シグナル（例えばFGF）が寄与することが示唆されており、阻害と能動的誘導の相対的な役割については議論が続いている。

Key figures

• Hans Spemann
• Hilde Mangold
• Ali Hemmati-Brivanlou
• Douglas Melton
• Richard Harland

Seminal works

• spemann-mangold-1923
• smith-1992-noggin
• hemmati-brivanlou-melton-1997

Frequently asked questions

神経誘導とは何か？

それは、オーガナイザーと脊索からのシグナルが、外胚葉の一部を脳と脊髄の前駆体である神経板になるように方向付ける過程であり、主にBMPシグナル伝達を阻害することによって行われる。

脊索は成人でどうなるのか？

脊索は体軸のパターン形成を助ける一過性の胚性構造であり、そのほとんどは退縮し、成熟した脊椎では椎間板内の髄核としてのみ残存する。