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大脳新皮質の形成過程において、神経前駆細胞は脳室帯に限局して存在する。大脳新皮質形成の初期段階では、神経前駆細胞は自己複製してその数を増やす。一方、発生が進むのに伴って神経前駆細胞は、中間前駆細胞と呼ばれる細胞を生み出すようになる。この中間前駆細胞はその後、細胞分裂して神経細胞を生み出す。このような神経前駆細胞から神経細胞への系譜は、細胞内外のシグナルによって調節されている。
本研究では、細胞外シグナルとして、母親由来のセロトニンに着目した。本研究の結果、発生初期の胎仔の前脳にはセロトニンが存在し、母マウスの血中セロトニン量を低下させると、胎仔の前脳セロトニン量が低下すると共に、前脳が小さくなることを見出した。また前脳の大脳新皮質において、神経前駆細胞数が顕著に減少していることが明らかになった。さらに、セロトニンは、神経前駆細胞の細胞周期を調節すると共に、その神経分化を抑制した。つまり、『母親由来セロトニンが神
経前駆細胞の自己複製を促進し、正常な脳形成に寄与している』ことが示唆できた。
他方、多種多様なシグナリング経路に関与するDYRK1A（タンパク質キナーゼ）の脳発生における役割を解析した。その結果、DYRK1Aが過剰発現する中間前駆細胞の神経分化が著しく遅延することが判明した。重要なことに、大脳新皮質では、神経細胞の最終位置は、神経細胞が誕生する時期によって規定される。つまり、早い時期に誕生した神経細胞は大脳新皮質の深層側に位置するようになり、遅い時期に誕生した神経細胞は大脳新皮質の表層側に位置する。DYRK1Aの過剰発現により、神経細胞は表層側に位置するようになった。興味深いことに、DYRK1Aはダウン症において 三倍体化している遺伝子である。つまり本研究は、脳発生に関与する分子を同定できたと共に、ダウン症脳における神経産生異常についての知見も提供する。
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