タイミングがすべて: 成長因子が脳の発達を軌道に乗せる

17年2009月XNUMX日

タイミングがすべて: 成長因子が脳の発達を軌道に乗せる

17年2009月XNUMX日

カリフォルニア州ラホヤ—オーケストラの音楽家の合図をする指揮者と同じように、モルフォゲンの線維芽細胞成長因子（Ffg）ファミリーのメンバーであるFgf10は、脳幹細胞に仕事に取り掛かる時期が来たことを知らせ、脳幹細胞が確実に作業を開始できるようにする。彼らの最初の発達のマイルストーンは予定どおりに達成されたと、ソーク生物学研究所の科学者らが学術誌の16年2009月XNUMX日号で報告している。 ニューロン.

彼らの発見は、脳の発達とFgfの新たな機能に関する新たな洞察を加えるだけでなく、ヒトの前頭葉のサイズの大幅な増大など、進化の過程で特定の脳領域を選択的に拡大するメカニズムの可能性も明らかにした。

胎児の脳の発達中、皮質（最大の脳構造であり、最も高度な認知機能の座）の構築を担当する幹細胞は、全能の幹細胞からニューロンを産生できる皮質前駆細胞まで、厳密に制御された一連の段階を経ます。

「初期段階でいずれかの分裂モードを示す前駆細胞の割合のわずかな変化が、ニューロンの数と皮質のサイズに大きな変化をもたらすため、これらの各移行のタイミングは脳の発達にとって重要な意味を持ちます。 」と言う デニス・オリアリー、分子神経生物学研究室の教授であり、研究を主導した博士。

皮質形成の初期には、神経上皮細胞として知られる幹細胞様前駆細胞が対称的な細胞分裂を行い、XNUMXつの同一の前駆細胞を生成して神経上皮細胞のプールを拡大します。 その後、それらは放射状グリアと呼ばれるより成熟した前駆細胞に分化し、その後非対称に分裂して一対の異なる娘細胞を生成します。XNUMX つの放射状グリアは前駆細胞のプールを維持し、XNUMX つは皮質ニューロンまたは基底前駆細胞です。 後者は外側に移動し、ニューロンを生成して皮質の表層を確立します。

しかし、神経上皮細胞の初期増殖期と、最終的に皮質の XNUMX 層を形成するすべてのニューロンを生成する後期の神経新生期をつなぐ臨界移行期を媒介するメカニズムについては、ほとんどわかっていません。

当初、博士研究員で筆頭著者の佐原節子博士は、マウスの脳における Fgf10 の欠失の影響を調べ始めたとき、領域パターン化により興味を持っていました。 しかし、Fgf10 の主な機能は放射状グリアの分化を調節することであり、この役割は特定の皮質領域のサイズを含む脳のサイズに重大な影響を与えることがすぐに明らかになりました。 「これらのマウスの脳は大幅に肥大していましたが、構造はまったく問題ありませんでした。」と節子さんは言う。

詳細に観察したところ、皮質前駆細胞が示す拡大期から神経新生期への移行が約10日遅れていることが明らかになった。 「その結果、神経上皮細胞は増殖を続けて放射状グリアのより大きなプールを生成し、さらに多くのニューロンを生成し、最終的にはより大きな皮質をもたらします」とサハラ氏は説明する。 興味深いことに、サイズの増加は前頭葉皮質に限定されており、FgfXNUMX 変異体で初期前駆細胞の集団が異常に拡大した時点で、その領域の同一性が固定されていることを示しています。

「これらの発見は、脳の大きさを調節するために正常な発達中に使用される直接的なメカニズムを示しています」とオリアリーは言う。 「これらの発見は、皮質領域がどのように進化したかについても潜在的な影響を及ぼしている。放射状グリア分化のタイミングを制御するFgf10による前駆細胞プールの選択的拡大は、前頭葉皮質の選択的拡大を説明できる可能性があり、前頭葉皮質はヒトで大幅に拡大しており、これは考えられている」典型的な人間の特性と考えられるものを進化させるために重要であると考えられます。」

この研究は、国立衛生研究所、日本学術振興会海外研究員制度、および上原記念財団の支援により行われました。

ソーク生物学研究所について
ソーク生物学研究所は世界有数の基礎研究機関の XNUMX つであり、国際的に有名な教員がユニークで協力的かつ創造的な環境で生命科学の基礎的な疑問を研究しています。 ソークの科学者は、発見と将来世代の研究者の指導の両方に重点を置き、神経科学、遺伝学、細胞生物学、植物生物学、および関連分野を研究することで、がん、老化、アルツハイマー病、糖尿病、心血管疾患の理解に画期的な貢献を行っています。

教員の功績は、ノーベル賞や全米科学アカデミーの会員など、数多くの栄誉によって認められています。 ポリオワクチンの先駆者であるジョナス・ソーク医学博士によって 1960 年に設立されたこの研究所は、独立した非営利団体であり、建築上のランドマークでもあります。