脊椎動物の前脳における領域特異性決定機構の解明

• Project/Area Number: 10220202
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kumamoto University (2002-2003); The University of Tokyo (1998-2001)
• Principal Investigator: 嶋村 健児 熊本大学, 発生医学研究センター, 教授 (70301140)
• Project Period (FY): 1998 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥42,900,000 (Direct Cost: ¥42,900,000); Fiscal Year 2003: ¥6,000,000 (Direct Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2002: ¥6,000,000 (Direct Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2001: ¥10,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000); Fiscal Year 2000: ¥10,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000); Fiscal Year 1999: ¥5,400,000 (Direct Cost: ¥5,400,000); Fiscal Year 1998: ¥5,500,000 (Direct Cost: ¥5,500,000)
• Keywords: 神経発生 / 終脳 / パターン形成 / 大脳皮質 / 大脳基底核 / Wntシグナル / ソニックヘジホッグ / 前後軸形成 / 神経上皮細胞 / 前後パターン形成 / 視床 / 神経核形成 / 細胞移動 / モルフォジェン / シグナリングセンター / 領域特異性 / シグナル分子 / オーガナイジングセンター

Research Abstract

本年度は、終脳における部域化のしくみについて詳細に解析を行った。脊椎動物の終脳は発生の早い段階で、主に大脳皮質が発生する終脳外套部と、大脳基底核を生ずる終脳腹側部に区画される。これまでの研究で、終脳腹側端、および視床下部領域から分泌されるソニックヘジホッグの作用によって、腹側部と背側部(外套部)の差別化が行われるとされていた。しかしながら、ソニックヘジホッグをエレクトロポレーションによって終脳胞に作用させると、終脳はすべて視床下部の形質を発現するようになり、終脳と視床下部は神経管における背腹の関係にあるという説を支持した。次に、変異レセプターを用いて弱く活性化すると、終脳腹側部の形質が散発的に発現されたが、反応性の部域差から終脳胞のプレパターン化が示唆された。そこで、プレパターンを制御する因子として、Wntシグナルに着目し、過剰発現、および機能阻害実験を行ったところ、Wntシグナルは終脳外套部を正に、腹側部を負に制御することが明らかとなった。さらに、ヘジホッグシグナル経路の相関を詳しく検討したところ、たしかにWntシグナルはソニックヘジホッグの上流で作用していることを支持する結果を得た。実際に作用しているWntリガンドを検討するために、様々な発生ステージでWntシグナルの機能阻害実験を行ったところ、ソニックヘジホッグ発現、さらには終脳胞が形成される以前に作用するWntシグナルが終脳胞をプレパターン化していると考えられた。Wntリガンド群は、終脳背側端を含め発達中の終脳胞をとりまく様々な部域で発現しているが、作用時期を考慮すると初期神経板の前後軸に沿ったパターン形成を制御するWntシグナルの作用の一端とするのが妥当であると考えられた。この結果により、終脳は最初に前後軸に沿って領域化され、それが将来の終脳腹側部、背側部の形質獲得の基盤となっていることが示唆された。これらの結果は論文にまとめ、投稿準備中である。

Research Products

• [Publications] Hashimoto-Torii, K., et al.: "Differential activities of Sonic hedgehog mediated by Gli transcription factors define distinct neuronal subtypes in the dorsal thalamus."Mechanisms of Development. 120. 1097-1111 (2003)
• [Publications] Lagutin, O.V., et al.: "Six3 repression of Wnt signaling in the anterior neuroectoderm is essential for vertebrate forebrain development."Genes and Development. 17. 368-379 (2003)
• [Publications] Watabe-Uchida, M., et al.: "A novel metalloprotease-disintegrin, Meltrin ε(ADAM35), expressed in epithelial tissues during chick embryogenesis"Developmental Dynamics. (In press). (2004)
• [Publications] Kobayashi, D. et al.: "Early subdivision in the neural plate define distinct competence for inductive signals"Development. 129. 83-93 (2002)
• [Publications] Lagutin, O.V. et al.: "Six3 repression of Wnt signaling in the anterior neuroectoderm is essential for vertebrate forebrain development"Genes and Development. 17. 368-379 (2003)
• [Publications] 嶋村健児, 他: "前脳における領域特異性形成"実験医学. Vol.20, No.5. 59-65 (2002)
• [Publications] 橋本和枝, 他: "神経幹細胞の領域特異的形質獲得機構"Molecular Medicine. 40. 280-286 (2003)
• [Publications] Mizuguchi, R. et al.: "Conbinatorial Roles of Olig2 and Neurogenin2 in the Coordinated Induction of Pan-Neuronal and Subtype-Specific Properties of Motoneurons"Neuron. 31. 751-771 (2001)
• [Publications] Cobos, I. et al.: "Fate Map of the Avian Anterior Forebrain at the Four-Somite Stage, Based on the Analysis of Quail-Chick Chimeras"Developmental Biology. 239. 46-67 (2001)
• [Publications] Kobayashi, D. et al.: "Early Subdivisions in the Neural Plate Define Distinct Competence for Inductive Signals"Development. 129. 83-93 (2002)
• [Publications] Puelles,L.: "Pallial and subpallial derivatives in the embryonic chick and mouse telencephalon, traced by the expression of the genes Dlx2, Emx-1, Nkx-2.1, Pax-6 and Tbr-1"Journal of Comparative Neurology. 424. 409-438 (2000)
• [Publications] 嶋村健児: "前脳におけるパターン形成"実験医学. 18. 1246-1251 (2000)
• [Publications] Marcus R. C.: "Domains of regulatory gene expression and the developing optic chiasm"Journal of Comparative Neurology. 403. 346-358 (1999)
• [Publications] Puelles, L.: "Pallial and subpallial derivatives in the embryonic chick and mouse telencephalon, traced by the expression of the genes Dlx2, Emx-1, Nkx-2. 1, Pax-6 and Tbr-1"Journal of Comparative Neurology. 印刷中.
• [Publications] 嶋村健児: "ニワトリ原腸陥入胚への遺伝子導入"細胞工学. 18. 1407-1413 (1999)
• [Publications] Qiu, M.: "Control of anteroposterior and dorsoventral domains of Nkx-6.1 gene expression relative to other Nkx genes during vertebrate CNS development." Mechanisms of Development. 72. 77-88 (1998)
• [Publications] Ye, W.: "FGF and Shh signals control dopaminergic and serotonergic cell fate in the anterior neural plate." Cell. 93. 755-766 (1998)
• [Publications] Marcus,R.C.: "Domains of regulatory gene expression and the developing optic chiasm" Journal of Comparative Neurology. 403. 346-358 (1999)