脳の将来領域を示す2つの初期細胞集団

脳が見分けられる形になる前から、2つの細胞集団は性質と領域的な運命に違いを示している。マウスの原腸形成期に、研究者らはOtx2に関連し前脳と中脳につながる集団と、Gbx2に関連し後脳につながる集団を見つけた。9月18日にNature Neuroscienceで発表された研究によると、両者は同時に現れ、互いに重ならない。

この結果は、神経系の始まりを説明する従来の順序を見直すものだ。神経外胚葉は神経系を生み出す胚組織で、後になって分割される1つの領域と説明されてきた。新たなデータは、子孫細胞になり得る範囲が狭まり始めた前駆細胞の2集団に、重要な領域差がすでに認められることを示している。

その起源を追跡するため、チームはマウス胚の細胞に遺伝的な標識を導入し、その子孫が後にどこに現れるかを観察した。この操作により、最初の標識と最終的な位置が結び付けられた。前方集団は前脳と中脳に寄与し、後方集団は後脳の一部を形成した。したがって結論は、ある時点でのOtx2やGbx2の存在だけでなく、胚細胞から派生細胞まで実際に記録された経路に基づいている。

別の証拠は、DNAのどの部分が利用可能になるかに影響する構造であるクロマチンと、細胞の調節制御から得られた。2集団は異なる状態を示し、それぞれの運命に異なる制限があることと一致した。ニワトリ、ゼブラフィッシュ、ギボシムシで対応するパターンが見つかったことは、進化的に深く保存されているという仮説を支持した。ただし、約550百万年という推定年代は比較に基づく推論であり、直接観察ではない。

続いて研究者らは、この領域地図を使ってヒト多能性幹細胞の実験を計画した。培養時に与えるシグナルを調整して後方の性質を促し、後脳に対応する運動ニューロンを得た。分節マーカーはその領域の特定部分に近いことを示し、活動電位は作られた細胞に電気的活動の能力があることを示した。

前方と後方の起源を区別することは、脳幹疾患をより忠実に再現する実験室モデルの構築を試みるための手段になるが、その利点は疾患モデルでまだ検証されていない。ヒト細胞での実証はin vitroに限られ、系譜に関する主な証拠は動物から得られた。この研究が示すのは、改訂された胚発生地図と有望な実験戦略であり、治療法でも臨床的有用性の証明でもない。